磁流变阻尼器的桥梁振动控制开发行性研究报告

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1、磁流变阻尼器的桥梁振动控制开发行性研究报告44项目简述该项目与材料、机电、自动控制、桥梁结构等学科密切相关，属土木工程的前沿研究课题。磁流变阻尼器及其原理：智能材料是一种同时具有感知和驱动功能的新型材料。磁流变（Magnetorheological，简称MR）液体是一种将亚纳米细度的铁粉与硅油混合制成的液体，它作为智能材料的一种，具有强度高、粘度低、能量需求少、温度稳定性好、对通常在制造过程中引入的杂质不敏感等特点，在磁场作用下能够在瞬间从牛顿流体转变为剪切屈服应力较高的粘塑性体。由它制成的阻尼器结构简单、耐久性好、反应快、阻尼力大且连续可调等优点，是一种极具吸引力、在结构振动控

2、制中表现出巨大潜能的振动控制装置。磁流变液的工作原理见图1，磁流变阻尼器的工作原理示意图见图2，磁流变阻尼器的基本构造见图3。44本项目重点研究智能磁流变阻尼器对桥梁振动的控制，具体内容为：1.磁流变阻尼器(Magnetorheologicaldamper)的性能研究；2.磁流变阻尼器动力学模型的仿真研究；443.车、桥动力模型的仿真建模，桥梁与磁流变阻尼器组成系统的动力特性；4.主动、半主动、智能控制算法；5.开发研究多种应用于桥梁的磁流变阻尼器振动控制措施；本课题研究对象：梁桥（因梁桥占已建桥梁的比例较大，对梁桥实行智能控制推广意义更大）项目创新点：1.磁流变阻尼器的力学特性

3、；2.桥梁结构振动特性与磁流变阻尼器参数及位置选取；3.智能磁流变阻尼器对桥梁振动控制的综合开发研究；4.开发应用于实桥的振动控制装置；一、项目研究的目的、意义和国内外发展概况1.研究目的：研究目的在于：研究开发磁流变阻尼器新理论；开发应用于实际工程的磁流变阻尼器新措施，为土木工程向智能化方向发展做探索；为桥梁开辟新理论、新技术、新桥型等做开创性探索。2.研究意义：44世界上结构控制研究已有30多年，创立了被动控制，半主动控制和主动控制理论。近几年来，智能控制研究很兴盛，其中主要有智能半主动控制，而磁流变阻尼器是智能半主动控制中效果特佳的控制器。所以将磁流变阻尼器应用于桥梁振动控

4、制，其推广应用更大，经济效益更好，社会影响更大。我们将“智能材料－结构控制体系”应用于桥梁振动控制，从理论上看，对桥梁选型、桥梁振动、振动控制具有深远意义；对桥梁建设具有重大指导和推广意义；而且这种智能桥梁可随荷载等级的提高可不加固桥梁，从而减少大量维修费。本项研究以开辟梁桥智能控制的先河。3.国内外发展概况：1948年，美国的Rabinow发明磁流变液；1999年，美国Lord公司研制出最大阻尼力为20t的磁流变阻尼器；2001年，日本SanwaTekki公司应用美国Lord公司的磁流变液开发了两个最大输出力为30t的磁流变阻尼器。日本东京国家新兴科技博物馆—Nihon-Kag

5、aku-Miraikan建筑首次将磁流变液阻尼器用于地震反应控制。该建筑第三层和第五层之间设置两个最大阻尼力30t的磁流变液阻尼器。2003年，SanwaTekki公司研制开发了最大阻尼力为40t的磁流变阻尼器。该磁流变液阻尼器己经用于日本Keio大学的一栋隔振居住建筑。44美国的Dyke和Spencer等采用磁流变阻尼器完成了一个三层框架结构模型地震反应半主动控制的振动台试验并建立了框架结构振动反应智能控制的一系列方法。4．国内磁流变阻尼器的研究也取得了巨大的进展：2001年，哈尔滨工业大学欧进萍、关新春等设计制作了足尺的基于原型土木结构振动控制的最大阻尼力可达18t左右的磁流

6、变液耗能器；后来又研发了40tMR阻尼器；于2005年系统研究了不同规格MR阻尼器的磁学与力学特性，这为MR阻尼器的系统开发应用开辟了新路。2001年我国岳阳洞庭湖大桥多塔斜拉桥首次安装磁流变液阻尼器控制斜拉索风雨激励的振动；2002年，周强、瞿伟廉提出了描述阻尼器动态特性的两种新的力学模型；2003年，何亚东、黄金枝提出模糊神经网络辨识MR阻尼动力特性的辨识模型，建立基于最佳逼近Bang-Bang主动控制的半主动控制算法。2005年，邬喆华、楼文娟等人研究MR阻尼器对斜拉索被动控制，研究了MR阻尼器的最优型号与安放位置，指出MR阻尼器与粘性阻尼器控制效果相当，当电压失效时MR阻

7、尼器提供较大系统等效阻尼器（阻尼比0.5%）。2005年，陈政清、曹彦等人将他们的专利产品—44永磁调节装配式MR阻尼器，用于长沙洪山大桥上对拉索减振，研究表明：此阻尼器有效提高拉索的模态阻尼比，能使索振动大幅减小。另外，此阻尼器无需用电，故推广应用价值很大。2005年，王成博、李忠献等人应用新研制的MRF-04K型MR阻尼器对大跨斜拉桥梁的地震反应实施半主动控制，理论分析采用瞬时最优控制算法。控制效果：EL-Centro波作用下，跨中顺桥向位移降低57.2%，塔顶顺桥向位移降低