高層連體結構動力可靠度與減震控制理論研究.pdf

1、高層連體結構在動力特性與確定性激勵作用下的地震響應方面已有了大量的研究成果，這些成果大多未考慮地震動隨機性或研究僅針對具體工程進行，研究結論的較大離散性使設計者對高層連體結構的性態(tài)難以進行全面有效的把握與控制。一方面，我國“工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準”明確提出：在有條件的情況下建筑結構宜進行可靠度分析，但對高層連體結構動力可靠度研究可供參考的成果較少；另一方面，人們對于基于傳統(tǒng)結構抗震性能的要求已發(fā)生了較大變化，提出并積極推進結構減震控

2、制技術的發(fā)展，高層連體結構主動、智能減震控制的研究成果也很少。基于上述討論，本文從7個方面對高層連體結構動力可靠度與減震控制理論進行了較系統(tǒng)的研究。
　　1.高層連體結構地震響應影響參數(shù)研究。以毗鄰結構周期比反映結構的非對稱程度，以連體剛度變化反映連體協(xié)調塔樓的能力，結合數(shù)值算例詳細討論了不同周期比、不同連體剛度條件下連體結構的動力特性與地震響應。
　　2.高層連體結構的平穩(wěn)隨機地震響應分析。鑒于強震下地震動滿足大致平穩(wěn)的規(guī)

3、律，選用Clough和Penzien建議的修正過濾白噪聲地震動隨機模型，提出將虛擬激勵法與狀態(tài)空間分析法相結合，直接采用功率譜密度法進行多遇、罕遇地震作用下高層連體結構的平穩(wěn)隨機響應分析，罕遇地震作用下采用剛度退化的Bouc-Wen模型模擬連體結構樓層的滯變特性，并對分析結果采用Monte Carlo隨機抽樣法進行比擬研究。
　　3.高層連體結構的非平穩(wěn)隨機地震響應分析?？紤]地震作用的非平穩(wěn)性，將連體分為“強連體”與“弱連體”，將

4、連體與塔樓的連接方式分為“剛性連接”與“柔性連接”；建立了不同連接位置、連接方式下高層連體結構的動力分析模型，罕遇地震作用下采用剛度退化的Bouc-Wen模型和Bouc-Wen模型分別模擬塔樓各樓層和柔性連體的滯變特性；將虛擬激勵法、狀態(tài)空間分析法及混合精細積分法結合運用求解罕遇地震下連體結構每一時刻的響應，得到連體結構在不同連接方式、不同連接位置處的非平穩(wěn)隨機地震響應。
　　4.高層連體結構動力可靠度研究。從4個方面詳細探討了高

5、層連體結構在平穩(wěn)隨機激勵和非平穩(wěn)隨機激勵條件下連體結構的動力可靠度。平穩(wěn)隨機激勵下，假定連體結構最大層間位移角服從對數(shù)正態(tài)分布，采用前述平穩(wěn)隨機響應統(tǒng)計量得到5種連接工況下連體結構的動力可靠度，并采用Monte Carlo隨機抽樣法進行比擬研究；非平穩(wěn)隨機激勵下，以結構層間最大位移首次超越層間位移角限值作為結構的破壞界限，基于首次超越破壞準則，假設交叉事件是成群出現(xiàn)且各群之間是相互獨立的Makov過程，在非平穩(wěn)隨機地震響應分析的基礎上得

6、出了多遇、罕遇地震作用下剛性連體位置、剛性弱連體位置及阻尼弱連體位置對連體結構動力可靠度的影響。
　　5.高層連體結構的主動控制理論研究。為彌補經典LQR最優(yōu)控制算法要通過試算方法確定最優(yōu)控制參數(shù)Q和R的困難，提出了2種主動最優(yōu)極點配置算法，并采用3種主動控制算法對減震連體結構進行多遇、罕遇地震作用下的時程分析、非平穩(wěn)隨機地震響應分析與動力可靠度分析，并采用Monte Carlo隨機抽樣法對非平穩(wěn)隨機地震響應與動力可靠度分析的結果

7、進行了比擬研究，得出三種主動控制算法在高層連體結構減震控制理論應用方面的有效性與正確性。
　　6.高層連體結構的模糊減震控制理論研究。給出了高層連體結構模糊控制器的設計方法，建立了高層連體結構模糊控制系統(tǒng)仿真結構圖。以經典LQR算法結論為對比，對給定數(shù)值算例進行了系統(tǒng)的模糊減震控制研究，所得結果表明兩種減震控制方案均能實現(xiàn)對連體結構的有效控制，但模糊控制具有不依賴模型精確性的優(yōu)勢，為工程的具體應用提供了更好的參考價值。