基于MR阻尼器的多塔斜拉橋地震響應(yīng)半主動(dòng)控制研究.pdf

1、目前我國沿海區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分迅猛，建設(shè)連接我國各大沿海經(jīng)濟(jì)區(qū)之間的跨海橋梁成為了目前國家規(guī)劃的重大項(xiàng)目，而多塔斜拉橋憑借著其多塔長聯(lián)能夠避免深水基礎(chǔ)的布置形式受到了越來越多人的青睞。作為現(xiàn)代社會(huì)最重要的社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施之一，跨海大橋抗震性能的好壞直接關(guān)系著人類巨大的生命財(cái)產(chǎn)安全，保證跨海大橋的抗震性能是減輕地震損失、加強(qiáng)區(qū)域安全的基本措施。為此本文以橫跨杭州灣的第二座跨海大橋-嘉紹大橋?yàn)閷?shí)際背景工程結(jié)合半主動(dòng)控制理論和磁流變阻尼器對(duì)橋梁進(jìn)

2、行半主動(dòng)振動(dòng)控制研究，為提高多塔斜拉橋抗震性能分析提供必要的理論依據(jù)和現(xiàn)實(shí)意義。
　　由于大跨度多塔斜拉橋的半主動(dòng)控制研究本身具有的一定的特殊性與難度，目前國際上對(duì)于其研究還屬于相對(duì)落后，本文開展了以下幾方面工作:
　　(1)基于當(dāng)前的半主動(dòng)控制理論以及磁流變阻尼器的研究，結(jié)合課題背景，分析各類不同控制算法及國際上常用的磁流變阻尼器力學(xué)模型原理、優(yōu)缺點(diǎn)，選擇較適宜進(jìn)行半主動(dòng)振動(dòng)控制研究的控制算法及磁流變阻尼器力學(xué)模型，擬采用

3、獨(dú)立模態(tài)控制算法結(jié)合限界Hrovat控制算法作為嘉紹大橋半主動(dòng)振動(dòng)控制的主要控制算法;以一個(gè)簡單的三層框架為對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行基于兩種不同方法的振動(dòng)控制模擬分析，驗(yàn)證本文采用Ansys和Matlab相互調(diào)用的方法來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制仿真方法的正確性。
　　(2)基于Ansys軟件平臺(tái)功能建立嘉紹大橋的有限元基準(zhǔn)模型，對(duì)其進(jìn)行非線性靜力分析和動(dòng)力特性分析，根據(jù)嘉紹大橋的基本情況選擇適合的地震波，采用多點(diǎn)地震輸入及一致地震輸入時(shí)程分析法分別

4、對(duì)橋梁整體及關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行地震響應(yīng)模擬分析，討論行波效應(yīng)對(duì)于橋梁地震響應(yīng)的影響。結(jié)果表明考慮行波效應(yīng)的多點(diǎn)激勵(lì)對(duì)于結(jié)構(gòu)內(nèi)力及位移響應(yīng)有著十分顯著的影響，且這種影響并不是單一的，即考慮行波效應(yīng)的影響與構(gòu)件所在位置、結(jié)構(gòu)本身動(dòng)力特性、構(gòu)件約束條件等有較大關(guān)系;
　　(3)利用Matlab數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)上一章求解出來的全部單元質(zhì)量、剛度矩陣進(jìn)行處理，組裝成結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量和剛度矩陣。組裝好的嘉紹大橋整體矩陣自由度十分龐大，在基于Matlab進(jìn)

5、行控制力求解時(shí)會(huì)導(dǎo)致計(jì)算難以進(jìn)行，為此本文依據(jù)橋梁整體自由度之間的耦合、平衡降階理論，對(duì)整體剛度、質(zhì)量、阻尼矩陣進(jìn)行降價(jià)處理。通過對(duì)模型降階前后動(dòng)力特性的對(duì)比分析，證實(shí)所采用降階方法的正確性，使針對(duì)于自由度龐大的橋梁結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)控制可行性得到實(shí)現(xiàn);
　　(4)根據(jù)模型降階之后的剛度、質(zhì)量、阻尼矩陣采用Matlab對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用Ansys與Matlab的相互調(diào)用實(shí)現(xiàn)嘉紹大橋原有模型與控制系統(tǒng)的結(jié)合，最終對(duì)橋塔及橋梁的地震

6、響應(yīng)進(jìn)行控制分析。首先對(duì)獨(dú)立模態(tài)控制與LQR經(jīng)典最優(yōu)控制分別結(jié)合限界Hrovat最優(yōu)控制的兩種半主動(dòng)振動(dòng)控制效果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果證實(shí)獨(dú)立模態(tài)控制算法結(jié)合限界Hrovat控制算法對(duì)于本工程具有更好的控制效果;然后討論在不同地震剪切波速輸入工況下控制體系相關(guān)參數(shù)對(duì)于橋梁地震響應(yīng)控制效果的影響，設(shè)計(jì)可以評(píng)價(jià)各種控制效果的計(jì)算方法，并給出不同工況下的最優(yōu)控制方案。根據(jù)本文第四章節(jié)，嘉紹大橋在分別考慮1000m/s和500m/s行波效應(yīng)地震動(dòng)多