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《郑州大学》 2010年
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大型渡槽结构主动变阻尼控制研究

任克彬  
【摘要】: 大型渡槽作为跨流域调水重要的输水建筑物,在南水北调工程中起着重要的作用,确保渡槽在地震作用下的安全是关系到南水北调工程能否正常运营的关键点之一。渡槽抗震设计方法在现行《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000)中未能得到体现,致使目前渡槽抗震设计无所遵循。结构振动控制技术作为土木工程防灾减灾领域的前沿技术,近三十年来引起了国内外学者的广泛关注,并取得了较为丰富的研究成果。查阅相关资料发现,目前结构振动控制技术主要应用于建筑和桥梁结构,有部分学者开展了渡槽隔震技术研究,但减隔振控制具有承载能力有限,耐久性差,震后复位行不好和对地震激励调谐范围比较窄的不足。结构振动控制技术中的半主动控制具有明显的优越性,是目前最能接受的土木工程结构减震控制方法。因此,开展大型渡槽结构主动变阻尼控制研究具有十分重要的现实意义。本文根据主动变阻尼控制的基本原理,对大型渡槽结构主动变阻尼半主动控制进行了研究,主要内容如下: 1.介绍了各种振动控制方法的结构系统和工作原理,指出各自在工程应用中的优势和存在的问题,并总结了土木工程结构半主动控制的优越性; 2.介绍了作者所在研究所建立的大型渡槽结构动力分析模型并说明了结构地震反应计算地震波的选取和动力微分方程的求解方法; 3.介绍了主动变阻尼控制装置的基本原理、计算模型和主动最优控制力的确定方法。结合一算例比较分析了简单bang-bang、最优bang-bang和限界Hrovat最优三种半主动控制算法,结果表明:限界Hrovat最优控制算法具有较好的控制效果; 4.结合南水北调工程某大型渡槽,分别计算了在三种地震波纵向激励下安装主动变阻尼控制装置的大型渡槽结构地震响应,分析了主动变阻尼半主动控制效果。结果表明:对大型渡槽结构进行主动变阻尼控制,能较好地控制结构在地震作用下的反应,是一种行之有效的防震减灾方法;结构主动变阻尼控制是无条件稳定的,采用界限Hrovat最优控制算法,主动变阻尼装置能有效地跟踪和实现目标主动最优控制力。
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