建筑結構振動控制及控制器優(yōu)化設計.pdf

1、隨著社會的發(fā)展和技術的進步，土木工程結構的防災減震已愈來愈受到人們的重視，土木工程結構的振動控制技術也隨之進入蓬勃發(fā)展的階段，許多新型控制體系和控制裝置相繼出現。振動控制技術在土木工程中的運用也產生了許多新的研究領域，控制器的優(yōu)化設計問題便是其中之一。控制器的優(yōu)化設計一般包括兩個方面：一是被動控制器相關參數的優(yōu)化或主動控制器最優(yōu)控制律的選?。欢强刂破鞯臄的亢桶惭b位置優(yōu)化。本文在以往研究的基礎上，基于能量的觀點，結合兩結構互連控制體系和

2、三維結構控制體系對控制器的優(yōu)化設計問題進行了研究。主要完成的工作如下： (1)建立了兩結構互連控制體系的動力學模型，在此基礎上，提出了被動控制器(包括彈性及阻尼元件)的優(yōu)化設計方法。這一優(yōu)化設計方法主要包括兩個方面：①運用等效最優(yōu)控制方法對被動控制器的參數進行優(yōu)化；②基于結構在頻域內的響應，從能量的角度出發(fā)，提出與時域相對應的控制器性能指標J0或△J,根據這一指標對被動控制器的數目和安裝位置進行優(yōu)化。算例表明，這兩種性能指標都反

3、映了控制器對結構振動控制貢獻的大小，根據這兩種性能指標可以得到經濟合理的控制器數目和安裝位置的優(yōu)化結果，同時對結構的位移響應也有良好的控制效果。 (2)考慮到實際工程中阻尼器的應用非常廣泛和彈性元件的實現有困難等因素，研究了在兩結構互連控制體系中僅安裝阻尼器時阻尼器的優(yōu)化設計問題。當參數無限制時，阻尼器的優(yōu)化設計方法主要包括兩個方面：①運用單形調優(yōu)法以體系的能量指標J為目標函數對阻尼器的參數進行優(yōu)化；②以控制器的性能指標△J為依

4、據，對阻尼器的數目和安裝位置進行優(yōu)化。算例表明，根據上述方法對阻尼器進行優(yōu)化設計，可以取得良好的控制效果，并降低工程造價。 (3)考慮到現代建筑中日益突出的非結構構件和設備抗震設計的重要性，進一步討論了不考慮次結構影響且阻尼器參數無限制時兩結構互連控制體系阻尼器的優(yōu)化設計問題，并在此基礎上，研究了阻尼器優(yōu)化設計結果對次結構樓層反應譜的影響，得出一些有意義的結論。 (4)考慮到平面框架模型過于粗糙，無法反映實際結構的許多動

5、力特性，建立了三維實體結構的動力學模型，對阻尼器的優(yōu)化設計問題進行了研究，包括阻尼器參數無限制和參數受限制兩種情況。參數無限制時，三維實體結構的阻尼器優(yōu)化設計方法與兩結構互連控制體系中阻尼器的優(yōu)化設計方法是類似的，即運用單形調優(yōu)法以體系的能量指標J為目標函數對阻尼器的參數進行優(yōu)化，同時根據控制器的性能指標△J對阻尼器的數目和安裝位置進行優(yōu)化。參數受限制時，可以通過采用復形調優(yōu)法以體系的能量指標J為目標函數對阻尼器的參數進行優(yōu)化，阻尼器的