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多层智能控制基础隔震结构地震模拟振动台试验研究

张健  
【摘要】:采用基础隔震技术是工程结构防震减灾的有效途径之一。它在基础和上部结构之间设置隔震层,通过减小地震能量向上部结构传递而有效的保护上部结构及其内部设施在强震中的安全。但是,常规的隔震技术在减小主体结构地震反应的同时,放大了隔震层的位移。特别是在近震条件下,地震地面运动的特征通常是大速度的脉冲,它会使隔震层产生较大的位移。 为了使橡胶垫基础隔震有更好的适应性,研究人员提出混合控制策略:即在普通的基础隔震系统上,加上半主动控制元件,或增加其他被动控制方式,应用现代控制理论,对结构响应进行实时控制。研究发现,应用混合基础隔震,不仅可改善基础隔震的适应性,而且还能提高隔震效果。 磁流变(MR)阻尼器是近年来提出的一种半主动控制装置,它仅需少量的能源输入来维持控制系统工作,为结构振动控制提供了一种很好的控制装置。本文介绍了MR智能材料及MR智能阻尼器的特性,并详细介绍了几种主要的MR阻尼器的力学模型分析了各种模型的优缺点。 本文设计、制作了一个钢筋混凝土多层框架结构模型,并建立了简化力学模型。对模型原结构、加了叠层橡胶隔震垫的普通基础隔震结构、附加阻尼器后并进行控制的被动—关结构、被动—开结构和半主动控制结构进行了仿真。应用模糊半主动控制策略,建立了时间历程Simulink仿真分析模块、模糊控制的Simulink仿真分析模块和半主动控制策略的Simulink仿真分析模块。 为了研究对模型结构的半主动控制效果,进行了水平地震作用下模型的模拟地震振动台试验,测试了原结构和控制结构的动力特性和动力响应。试验结果表明,使用叠层橡胶垫对多层结构进行基础隔震可大大减小结构各层加速度和层间位移,但是隔震层位移过大,安全性得不到保证。MR智能隔震系统装置的性能明显优于被动隔震装置,是一种安全实用的隔震装置。模糊智能控制方法能有效控制MR智能隔震系统,其控制效果明显优于被动—关控制、被动—开和被动隔震的效果。通过仿真分析与试验结果的比较,也证实了本文提出的仿真算法和模糊智能控制方法的正确性。


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