基于MR阻尼器高聳高層鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)振半主動(dòng)控制.pdf

1、隨著現(xiàn)代化都市生活水平的提高以及城市建設(shè)向高空方向發(fā)展的趨勢(shì)，為滿足人們?nèi)粘Ｉ詈蜕婵臻g的需要，高聳高層鋼結(jié)構(gòu)建筑物或構(gòu)筑物日益增多。但是，由于高聳高層鋼結(jié)構(gòu)高柔性很強(qiáng)，使得其在強(qiáng)風(fēng)荷載作用下，水平側(cè)移和加速度均較大。為滿足其正常使用功能以及耐久性等各方面的要求，有必要對(duì)其實(shí)施風(fēng)振控制研究。結(jié)構(gòu)振動(dòng)半主動(dòng)控制是目前性能價(jià)格比最高、最具工程應(yīng)用前景的一種結(jié)構(gòu)控制方法，它既可以克服主動(dòng)控制需要大量外部能源的缺點(diǎn)，又基本沿用被動(dòng)控制措施，同

2、時(shí)具有良好而可靠的控制效果。本文基于MR阻尼器的阻尼可調(diào)特性，充分考慮高聳高層鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制問(wèn)題的特殊性和復(fù)雜性，在理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合結(jié)構(gòu)工程實(shí)際，對(duì)高聳高層鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)振半主動(dòng)控制及其優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究，具有非常重要的理論價(jià)值和工程實(shí)用價(jià)值。 本文基于MR阻尼器智能型控制裝置，針對(duì)高聳高層鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制理論及其工程應(yīng)用中遇到的難題，借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)科的最新研究成果，分別提出了新的解決方案。其中主要的創(chuàng)造性研究工作包括：

3、 (1)以廣州即將興建的610米超限高聳鋼塔結(jié)構(gòu)為實(shí)例，其動(dòng)力特性的非對(duì)稱性、較長(zhǎng)的基本周期以及頂層塔樓有限的高度空間，使得傳統(tǒng)的多點(diǎn)調(diào)頻彈簧阻尼器(MTSD)以及特大調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(TMD)控制裝置基本上不再適用。本文提出改進(jìn)的多質(zhì)點(diǎn)單擺型多點(diǎn)調(diào)頻彈簧阻尼器(MPMTSD)與雙質(zhì)量準(zhǔn)單擺型特大調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(DPTMD)，通過(guò)對(duì)控制參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)巧妙地解決了上述難題，同時(shí)，利用MR阻尼器的阻尼可調(diào)特性及其在高聳鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)振半主動(dòng)控制

4、中的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，基于LQR(經(jīng)典線性二次型最優(yōu)控制)給出了相應(yīng)的跟蹤半主動(dòng)控制算法，通過(guò)脈動(dòng)風(fēng)振響應(yīng)的數(shù)值仿真分析，結(jié)果表明上述控制算法的有效性與可行性； (2)以美國(guó)洛杉磯的20層鋼框架結(jié)構(gòu)作為高層鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制設(shè)計(jì)和分析的研究對(duì)象，通過(guò)建立三維空間模型與二維簡(jiǎn)化多自由度集中質(zhì)量模型，在對(duì)其風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，為控制風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值作用下結(jié)構(gòu)頂層較大的風(fēng)振加速度響應(yīng)，基于MR阻尼器提出了相應(yīng)的跟蹤半主動(dòng)控制算法，對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行了

5、風(fēng)振控制設(shè)計(jì)。通過(guò)數(shù)值仿真分析，結(jié)果表明：這種控制方法對(duì)風(fēng)振加速度響應(yīng)有很好的控制效果，非常適合高層鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的振動(dòng)控制； (3)基于現(xiàn)代控制理論，考慮到結(jié)構(gòu)阻尼的變化對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的攝動(dòng)影響，提出多模態(tài)優(yōu)化設(shè)置準(zhǔn)則的概念。結(jié)合河南電視塔工程背景以及Benchmark問(wèn)題的美國(guó)洛杉磯20層鋼框架結(jié)構(gòu)，分別針對(duì)上述高聳鋼結(jié)構(gòu)與高層鋼結(jié)構(gòu)兩種不同類(lèi)型的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)其基于MR阻尼器的風(fēng)振半主動(dòng)控制進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅對(duì)MR阻尼器安

6、裝的數(shù)量和位置進(jìn)行優(yōu)化，而且對(duì)MR阻尼器自身的參數(shù)也進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)?？紤]河南電視塔風(fēng)振控制設(shè)計(jì)的可行性、高效性及其構(gòu)造要求，以其建設(shè)場(chǎng)地年最大平均風(fēng)速為闕值，根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量的當(dāng)?shù)仫L(fēng)速大小切換MR阻尼器提供的阻尼參數(shù)，以滿足不同風(fēng)速作用情況下河南電視塔風(fēng)振控制裝置最優(yōu)阻尼參數(shù)不同的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而使控制系統(tǒng)的控制效果始終接近最優(yōu)，實(shí)現(xiàn)基于MR阻尼器的狀態(tài)跳躍半主動(dòng)控制算法； (4)最后，結(jié)合國(guó)內(nèi)外有關(guān)基于MR阻尼器對(duì)高聳高層鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施