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高层建筑地震反应MRF-04K阻尼器半主动控制的模型试验与仿真分析

作　者: 姜南
导　师: 史庆增；李忠献
学　校: 天津大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 高层建筑地震反应半主动控制磁流变(简称MR)阻尼器 MRF-04K阻尼器模型试验数值仿真 Benchmark模型
分类号: TU973.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 127次
引　用: 2次
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内容摘要

结构振动控制技术是减轻地震灾害的一种有效方法,基于智能材料的半主动控制技术为结构振动控制技术的理论发展和工程应用开辟了新的途径。磁流变(简称MR)阻尼器是一种基于智能MR流体的半主动控制装置,具有耗能小、响应快且阻尼力大等特点,在土木工程结构的振动控制中具有广阔的应用前景。本文首先介绍了最近研制的一种MR阻尼器,即MRF-04K阻尼器,分析了瞬时最优控制(简称IOC控制)、经典线性最优控制(简称COC控制)和线性二次高斯控制(简称LQG控制)等三种控制算法,设计了基于MRF-04K阻尼器的半主动控制系统,并定义了半主动控制率和控制效果。其次,在三种不同地震波输入下,对安装有MRF-04K阻尼器、1/3比例的三层钢框架模型进行了地震模拟振动台试验。结果表明,无论是被动控制还是半主动控制,模型结构各层相对位移峰值均减小了45%左右,其均方根值均减小了70%左右,各层加速度反应峰值均减小了30%左右,其均方根值均减小了75%左右,从而验证了MRF-04K阻尼器是结构控制工程应用的一种理想的控制装置,能以较小的控制力达到较好的控制效果。最后,在三种不同地震波输入下,对每层安装有30个MRF-04K阻尼器的20层钢结构Benchmark模型的地震反应及其控制效果进行了仿真分析。结果表明,无论是被动控制还是半主动控制,Benchmark模型各层相对位移峰值均减小了20%左右,其均方根值均减小了28%左右,加速度反应峰值均减小了13%左右,其均方根值均减小了17%左右,从而验证了基于MRF-04K阻尼器的结构控制系统具有良好的控制效果。通过分析三种控制算法的特点发现,基于LQG算法的半主动控制仅需结构的加速度反应的反馈信息,比基于IOC算法和COC算法的半主动控制更为经济、更易实现,因而是应用MR阻尼器实施半主动控制的一种最佳的控制算法。

全文目录

第一章绪论  6-16
  1.1 引言  6-7
  1.2 结构振动控制技术的发展现状及工程应用  7-14
  1.3 本文主要研究工作  14-16
第二章 MRF-04K 阻尼器与半主动控制系统设计  16-32
  2.1 引言  16
  2.2 MRF-04K 阻尼器的制造  16-23
  2.3 半主动控制系统的设计  23-30
  2.4 本章小结  30-32
第三章模型结构振动台试验  32-51
  3.1 引言  32
  3.2 模型结构及其基本参数  32-33
  3.3 基于MRF-04K 阻尼器的半主动控制系统  33-34
  3.4 振动台试验  34-36
  3.5 振动台试验结果  36-45
  3.6 部分试验结果的时程曲线  45-49
  3.7 试验结果分析  49-50
  3.8 本章小结  50-51
第四章 Benchmark 模型结构的仿真分析  51-69
  4.1 引言  51
  4.2 Benchmark 模型结构及其基本参数  51-54
  4.3 仿真分析  54-55
  4.4 仿真分析结果  55-62
  4.5 部分仿真结果的时程曲线  62-66
  4.6 仿真结果分析  66-68
  4.7 本章小结  68-69
第五章结论与展望  69-71
参考文献  71-76
参加科研项目和发表论文情况  76-77
致谢  77

高层建筑地震反应MRF-04K阻尼器半主动控制的模型试验与仿真分析

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