偏心結(jié)構(gòu)利用調(diào)液阻尼器減震控制的研究.pdf

1、無論從理論分析還是從震害現(xiàn)象看，結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)，除了發(fā)生平移振動外，還可能會發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動。引起扭轉(zhuǎn)振動的原因，一是地面運(yùn)動存在轉(zhuǎn)動分量，或地震時地面各點的運(yùn)動存在著相位差；二是結(jié)構(gòu)本身存在偏心，即結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心與剛度中心不相重合。震害表明，扭轉(zhuǎn)作用會加重結(jié)構(gòu)的破壞，尤其是對于偏心結(jié)構(gòu)，在某些情況下將成為導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的主要因素。因此，偏心結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動的控制問題有很重要的實際應(yīng)用意義。 該論文利用調(diào)液阻尼器

2、來控制偏心結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動。 主要的研究工作： (1)環(huán)形調(diào)液阻尼器對結(jié)構(gòu)平移-扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動控制的參數(shù)研究。首先建立起環(huán)形調(diào)液阻尼器(CTLCD)的運(yùn)動方程，基于等價線性化的原則，將環(huán)形調(diào)液阻尼器的非線性阻尼線性化。對純扭轉(zhuǎn)振動情況下，對環(huán)形調(diào)液阻尼器的最優(yōu)參數(shù)問題進(jìn)行研究，得到了解析表達(dá)式。分別針對結(jié)構(gòu)的純扭轉(zhuǎn)振動和扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動，推導(dǎo)出等效阻尼比的表達(dá)式，分析了控制系統(tǒng)的參數(shù)對控制效果的影響。結(jié)果表明，環(huán)

3、形調(diào)液阻尼器是一種有效的扭轉(zhuǎn)振動控制裝置。 (2)提出了利用調(diào)液柱型阻尼器(TLCD)和環(huán)形調(diào)液阻尼器(CTLCD)來控制偏心結(jié)構(gòu)在雙向地震動作用下扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動的方法。利用隨機(jī)振動理論，推導(dǎo)出調(diào)液阻尼器-結(jié)構(gòu)體系在地震作用下隨機(jī)響應(yīng)的表達(dá)式?；谶z傳算法，給出了控制系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計方法。計算結(jié)果表明，當(dāng)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)考慮到結(jié)構(gòu)每個自由度的反應(yīng)時，結(jié)構(gòu)的平移反應(yīng)和扭轉(zhuǎn)反應(yīng)都能得到有效控制。 (3)以一個8層偏心鋼結(jié)

4、構(gòu)為算例，在結(jié)構(gòu)頂層沿兩個主軸方向正交放置兩個TLCD，并在結(jié)構(gòu)質(zhì)心處安放一個CTLCD?；谠撐慕o出的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和遺傳優(yōu)化算法，對調(diào)液阻尼器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。最后，在時域內(nèi)分析調(diào)液阻尼器對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動的減振作用。分析結(jié)果表明，合理設(shè)計調(diào)液阻尼器的有關(guān)參數(shù)，能使其有效控制結(jié)構(gòu)的平-扭耦聯(lián)振動。 (4)進(jìn)行了振動臺試驗，以驗證調(diào)液阻尼器的減振控制作用。設(shè)計了一個二層的單向偏心鋼結(jié)構(gòu)模型，在結(jié)構(gòu)的頂層放置一個TLCD和一個C

5、LTCD，在振動臺上，分別對結(jié)構(gòu)無控時的反應(yīng)和設(shè)置調(diào)液阻尼器后的反應(yīng)進(jìn)行試驗研究，結(jié)果表明，調(diào)液阻尼器能有效抑制結(jié)構(gòu)的在地震作用下的扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動。 (5)對環(huán)形調(diào)液阻尼器減振控制中的拍現(xiàn)象進(jìn)行研究。分析了環(huán)形調(diào)液阻尼器對結(jié)構(gòu)純扭轉(zhuǎn)振動控制中的拍現(xiàn)象，分別考慮無阻尼結(jié)構(gòu)體系、主體結(jié)構(gòu)有阻尼而CTLCD無阻尼的體系及主體結(jié)構(gòu)和CTLCD中均有阻尼的體系，從數(shù)學(xué)角度對拍現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)理進(jìn)行解釋。研究結(jié)構(gòu)表明，當(dāng)環(huán)形調(diào)液阻尼器的阻尼增大到

6、一定程度時，拍現(xiàn)象會消失。當(dāng)拍現(xiàn)象發(fā)生時，結(jié)構(gòu)反應(yīng)的瞬態(tài)部分不能得到迅速衰減，結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)響應(yīng)將會占結(jié)構(gòu)響應(yīng)的很大一部分，如果僅考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)會帶來較大的誤差。 (6)將基于市場機(jī)制的控制理論應(yīng)用于TLCD半主動控制中，提出了基于市場機(jī)制(Market-basedControl，簡稱MBC)的TLCD半主動控制方案。其中，TLCD對結(jié)構(gòu)的最優(yōu)控制力可由MBC控制準(zhǔn)則確定，簡化了計算過程。從控制效果來看，基于市場機(jī)制TLCD半主

7、動控制方法能夠比被動TLCD更有效地控制結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)。 (7)改進(jìn)了被動式調(diào)頻TLCD的減振特性，提出了半主動變剛度TLCD減振系統(tǒng)(Semi-activeVariableStiffnessTunedLiquidColumnDamper，簡稱SAVS-TLCD)，基本原理是將調(diào)頻TLCD的彈簧設(shè)置成可調(diào)諧狀態(tài)，在振動過程中，根據(jù)減振系統(tǒng)的需要適時調(diào)整調(diào)頻彈簧的開關(guān)狀態(tài)，以便更有效地控制結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)。計算結(jié)果表