基于智能阻尼的建筑结构控制优化研究

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地震是严重危害人类生命及财产安全的自然灾害之一,在土木工程中,结构抗震抗风的积极有效措施是对结构进行振动控制。按照控制方式的不同,结构的振动控制可以分为主动控制、被动控制、半主动控制和混合控制四种。被动控制通过附加阻尼装置耗散或吸收大部分的地震动能量以达到减振的目的,由于其控制装置简单,不需要外界能源输入和系统识别,容易在工程上实现并已得到广泛的应用;目前被应用于结构被动控制的阻尼器主要有:粘滞型、粘弹型、摩擦型、调谐质量阻尼器(TMD)和调谐液体阻尼器(TLD)。根据被控系统的动态特性,采取由外部输入能量的控制方式使被控系统实现减振,称为振动的主动控制;主动控制与被动控制相比,虽然在理论上控制效果明显,但由于需要巨大的能源输入,而且稳定性不能保证,目前虽有几例工程实例但仍主要处于试验研究阶段;半主动控制是不需要外部能源输入直接提供控制力,但控制过程依赖于结构反应信息的控制方法。与被动控制相比,半主动控制的特点是能随结构动力反应或外界载荷的变化及时调整控制状态,使控制装置的减振作用更好地发挥出来,因而其控制效果更显著;与主动控制相比,半主动控制不需要外部巨大能源的保证,也不存在控制失稳问题,因而半主动控制已成为结构振动控制新的研究方向。 本文在分析了国内外结构控制研究现状的基础上,着重研究了基于MR连续可变阻尼装置在结构半主动控制中的几个问题。首先分析了MR可控阻尼机理,及MR阻尼器的两种力学模型;然后根据最优控制理论中的二次型问题,提出采用限值拟合连续最优主动控制力的半主动控制策略,并以此控制方法针对半主动控制的强非线性控制问题,对两种结构模型进行了仿真计算,并将半主动控制下的结构响应与采用摩擦型阻尼的被动控制结构及无控结构进行了详细的比较分析,对计算结果提出采用范数指标进行补充评价的综合评价方法;通过三种控制状态下的仿真计算验证了结构半主动控制的有效性与实用性。
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