半主动减震结构实时控制的试验研究

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1、致谢本论文的工作是在导师刘林教授的悉心指导下完成的，在两年的研究生学习和生活中，刘林教授严谨的治学态度，渊博的学识和一丝不苟的工作精神给我留下了深刻影响，使我受益匪浅。我在此对刘老师两年来在学业上的指导和生活上的关心表示衷心的感谢!作者的导师感谢美国华盛顿大学地震工程与结构控制实验室的ShirleyDyke教授对本课题的完成提供的试验条件和诸多帮助。我还得到了教研组的陈爱国老师、陈波老师、何转利、王丽娜等同学的大力帮助，在此表示感谢!另外也感谢我的父母和哥哥嫂子，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。1．1结构振动控制的概述1绪论结构振动控制技术是通过在结构

2、上安装控制系统，当结构受到风、地震等外激励作用时控制系统会对结构提供被动或主动控制力，以修改结构的刚度、阻尼、质量或外形(如用于大跨桥风振控制的一些气动措施)，从而达到降低结构动力响应目的，以满足结构的安全性和适用性等功能要求。结构主动控制的思想源于1956年，日本著名学者Kobori(原国际结构控制协会主席)提出了利用自动控制理论来实现结构地震响应控制的构想【1,2】；1972年美国学者J．T．PYap(姚治平)将经典控制理论中的前馈控制和反馈控制引入土木工程结构，并首次提出了结构控制的概念【31；之后，结构控制受到广泛的重视，尤其是近十几年来，随着控制理论、材料科

3、学、计算机科学、信息处理技术、传感技术等相关学科的发展，结构控制技术在理论和应用方面发展迅速，表1．1列出了结构控制技术发展中的关键事件和活动。表1．1结构控制技术发展中的关键事件Tablel-1Somekeyeventsinthedevelopmentofstructuralcontroltechnique年代关键事件1989USPanelonStructuralContr01Research1990JapanesePanelOllStructuralResponseControl1993EuropeanAssociationforControlofStructur

4、es1994InternationalAssociationforStructuralControl(tasc)1994FirstWbridConferenceonstructuralControl(Pasadena，C八USA)1996FillstEuropeanConferenceonStructuralControl(Barcelona，Spain)1998ChinesePanelforStructuralControl1998KoreanPanelforStructuralContr011998SecondWorldConferenceonStructural

5、Control0Kyoto，Japan)2000SecondEuropeanConferenceonStructuralControl(Paris．France)2002ThirdWorldConfefenceonStructuralControl(Como，Italy)2006FourthWbrmConferenceonStructuralControl(SanDiego，USA)从能量守恒的观点来看，环境激励(如风、地震、海浪等)给结构注入的总能量会转换为以下四部分能量来释放：E=巨+E+毛+乓(1一1)其中，E为环境激励输入结构的总能量，最为结构的动能；晟为结构

6、可恢复的弹性应变能；历为结构不可恢复的耗散能(非弹性变形和结构阻尼)；Ea为由结构控制系统(也称保护系统)提供的附加能耗。需指出的是，结构控制系统的作用总体上可分为两种：(1)反射环境激励输入到结构的总能量，使总输入能减少；(2)以动能、弹性应变能及不可恢复的耗散能的方式吸收和耗散一部分结构的能量。由式(1一1)可知，在强震作用下，未加保护系统的结构需通过西来消耗地震能量，这意味着结构已经出现损伤，损伤对结构自身安全有两个好处，一是会导致结构软化，从而降低总输入能；二是可耗散相当一部分能量。这正是提倡延性设计的原因，具有讽刺意味的是，必须清醒地认识到，延性设计是以结构

7、损伤为代价来保护结构的整体稳定的，利用延性自身很难控制损伤。但通过引入结构控制系统，则可对损伤进行控制或使结构根本不出现损伤。依据是否需要外部能源及外加能量的作用方式不同，结构控制系统可分为以下四判4】：(1)被动控制系统(PassiveContr01)，无需外部能源，单纯依靠控制装置与结构的相互作用提供控制力，被动控制装置通常可分为隔震装置(SeismicIsolationDevice)、被动耗能装置(PEDDevice)、被动调谐吸振(如TMD，TLD等)及其组合四种；(2)主动控制系统(ActiveContr01)，由受控对象(Plant)、传