论文题目: 基底隔震混合控制和三维隔震系统研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 防灾减灾工程及防护工程
作者: 孟庆利
导师: 张敏政
关键词: 基底隔震,主动变刚度,阻尼控制,混合控制,模糊控制,三维隔震
文献来源: 中国地震局工程力学研究所
发表年度: 2005
论文摘要: 在对国内外土木工程振动控制领域的研究和应用现状进行评述的基础上,本文以改善隔震体系效能为目的进行了研究。为进一步减小隔震结构尤其是高层隔震结构的水平地震反应,提出了在隔震上部结构上附加半主动变刚度/阻尼装置(BI&AVSD)、被动变刚度装置(BI&PVS)和被动变阻尼装置(BI&PVD),实施混合控制的设想,并进行了振动台试验和数值模拟分析,并探讨了模糊控制的效能。针对目前隔震体系尚不能减小竖向地震反应的缺陷,研制了三维复合隔震装置,并进行了隔震体系的振动台试验和数值模拟分析。论文研究主要工作和成果如下:1.简单混合控制体系的试验和数值模拟分析表明,混合控制体系(BI&AVSD)的半主动装置,当使用符号控制律时,变刚度机理起主要作用。该系统与单纯隔震体系相比,对减少上部结构层间位移效果明显,但对隔震层和上部结构加速度反应的控制效果并不理想。半主动控制开关切换引起的脉冲作用是可能造成加速度反应增大的主要原因。与单纯隔震体系相比,被动混合控制体系BI&PVD能进一步减小加速度反应,但不能改善位移的控制效能。被动混合控制BI&PVS则与半主动混合控制体系BI&AVSD相类似,在位移控制方面可以接近后者的效果,但对加速度反应的控制效能也不理想。根据隔震体系的设计要求,可具体选择不同的混合控制方式。半主动混合控制体系BI&AVSD具有在线调节能力,较能适应地震动的随机特性,被动混合控制体系则具有装置简单的优点。2.通过数值模拟方法,研究了混合控制体系中上部结构附加刚度与附加阻尼的变化对控制效果的影响。适当增加附加刚度可增强BI&AVSD以及BI&PVS体系上部结构层间位移的控制效果;适当增加阻尼可以提高BI&PVD体系的控制效能,对于BI&AVSD体系,附加阻尼的增加可以减小开关切换引起的加速度脉冲。3.将模糊控制原理用于半主动混合控制体系BI&AVSD,提出了基于模式识别的模糊控制策略。数值模拟表明,该模糊控制策略的控制效果略优于开-关控制策略(符号控制律),使用较小的附加刚度和阻尼即可达到同样的控制效果;另外,模糊控制降低了开-关切换引起的脉冲作用,可减小控制层加速度反应。4.对高层隔震体系进行了混合控制的数值模拟,半主动混合控制体系使用了主振型控制律。分析表明,与单纯隔震体系相比较,半主动混合控制对隔震层地震反应影响不大,但对上部结构相对位移有良好的控制效果,也可减小多数层的加速度反应。与半主动混合控制体系相比较,被动混合控制体系BI&PVS对低层位移控制效果更好,但加速度控制欠佳;BI&PVD体系
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 结构控制的概念和分类
1.2 被动控制
1.2.1 被动控制装置
1.2.2 被动控制体系控制参数的确定
1.3 主动控制
1.3.1 主动控制装置
1.3.2 主动控制算法
1.4 混合控制
1.5 半主动控制
1.6 智能控制
1.7 结构控制的研究方向与发展前景
1.8 本文的研究内容
第二章 基底隔震混合控制的数值模拟
2.1 前言
2.2 控制体系的建模和控制策略的选取
2.2.1 混合控制体系的建模
2.2.2 控制策略
2.3 数值模拟
2.3.1 谐波作用下的数值模拟(隔震单自由度)
2.3.2 地震波作用下的数值模拟(隔震单自由度)
2.4 小结
第三章 基底隔震混合控制的试验研究
3.1 试验模型、设备及半主动控制系统
3.1.1 试验模型结构
3.1.2 隔震层的动力特性试验测试
3.1.3 试验设备
3.1.4 控制系统
3.2 控制试验
3.2.1 试验工况
3.2.2 试验结果与分析
3.3 小结
第四章 基于模式识别的模糊控制策略
4.1 引言
4.2 模糊控制系统简介
4.2.1 模糊控制器的组成
4.2.2 模糊控制器的设计
4.2.3 模糊控制系统的特点
4.2.4 结构模糊控制
4.3 基于模式识别的智能控制
4.3.1 系统动态特性的模式识别
4.3.2 基于模式识别的智能控制器的结构
4.4 基于模式识别的模糊控制
4.5 基于模式识别的模糊控制仿真分析
4.5.1 单自由度系统仿真分析与控制效能比较
4.5.2 单层隔震结构仿真分析与控制效能比较
4.6 小结
第五章 高层隔震混合控制体系仿真分析
5.1 实际工程结构
5.1.1 隔震层参数的设定
5.1.2 结构自振周期和振型
5.2 高层隔震混合控制体系地震反应分析
5.2.1 高层隔震结构模型
5.2.2 主动变刚度变阻尼结构系统的振型控制律简介
5.2.3 数值模拟结果整理与分析
5.3 小结
第六章 复合三维隔震装置
6.1 引言
6.2 竖向地震反应控制
6.2.1 竖向地震波的特点
6.2.2 竖向地震作用
6.2.3 竖向隔震的研究现状
6.3 碟形弹簧
6.3.1 碟簧的分类和成组形式
6.3.2 碟形弹簧的主要特点
6.3.3 碟形弹簧的计算
6.3.4 标准碟形弹簧选择
6.4 碟形弹簧在隔震中的作用
6.4.1 碟形弹簧组合可调刚度特性在隔震中的作用
6.4.2 碟形弹簧的变形能在隔震中的作用
6.5 复合三维隔震装置
6.6 小结
第七章 三维隔震系统振动台试验和仿真分析
7.1 试验模型
7.1.1 试验钢框架模型
7.1.2 复合三维隔震支座设计与研制
7.1.3 竖向隔震装置刚度试验
7.2 复合三维隔震装置振动台试验研究
7.2.1 振动台试验工况
7.2.2 试验中传感器布置
7.2.3 试验数据整理与分析
7.3 三维隔震系统仿真分析
7.3.1 仿真模型的建立
7.3.2 有限元模型正确性的验证
7.3.3 地震反应分析
7.4 小结
第八章 结语
附图
参考文献
个人简历
攻读博士学位期间的主要研究成果及论文
致谢
发布时间: 2006-08-08
参考文献
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