地震、風激勵作用下高層建筑振動控制的研究.pdf

1、近年來，在一系列強震、強風作用下土木工程結構的失效，導致了數(shù)以萬計的人員傷亡與數(shù)以億計的財產(chǎn)損失，給人類帶來了巨大的災難。結構振動控制是解決土木結構在外界激勵下失效的有效方法。本文針對地震、風激勵作用下高層建筑振動控制的方法進行了研究，具體內(nèi)容包括： 1.針對國內(nèi)外學者多數(shù)集中于研究地震激勵作用下結構線性反應的振動控制，本文著重研究了地震激勵高層建筑非線性反應的半主動控制。 2.介紹了地震激勵高層建筑非線性反應控制基準問

2、題的定義。增加了評價指標P1、P2，分別反應最大層間塑性側移角和各樓層層間塑性側移角之和。結合基準問題中定義的十七個評價指標，更加全面地反應了結構發(fā)生塑性變形狀況，完善了基準問題的定義。 3.創(chuàng)新地提出了地震激勵高層建筑非線性反應的半主動H∞控制。通過采用建議的靜力凝聚—狀態(tài)降階的方法，獲得20層基準建筑較精確的控制器設計模型。通過觀測結構的部分樓層加速度和半主動控制力，構建了適用于半主動控制的Kalman-Bucy狀態(tài)估計器，

3、并設計了基于H∞控制理論的半主動控制策略。H∞控制算法有效地考慮了地震荷載的不確定性。編制了程序對受控結構進行了非線性地震反應數(shù)值仿真分析，同時，將結果與LQG控制結果進行了對比。分析表明，半主動H∞控制有效地抑制了高層建筑的非線性地震反應，減小了強烈或罕遇地震對建筑結構的破壞。 4.創(chuàng)新地提出了地震激勵高層建筑非線性反應的半主動模型預測控制。建立了地震激勵高層建筑非線性反應的多步預測模型，實際結構中存在的非線性、時變、模型失配

4、、干擾(非平穩(wěn)隨機的地震荷載)等因素的影響，通過每一時間步的非線性地震反應與模型預測輸出之間的誤差進行模型的反饋校正；同時預測模型中還考慮時滯的影響。采用樓層加速度、半主動控制力作為受控結構的觀測輸出，建立了基于非線性預測模型的Kalman-Bucy狀態(tài)估計器。采用MR阻尼器用作控制裝置，提出了半主動模型預測控制策略。編制了程序對受控20層基準建筑的非線性地震反應進行了數(shù)值分析；同時，將結果與LQG控制結果進行了對比分析。分析表明，半主

5、動模型預測控制能有效地抑制高層建筑的非線性地震反應。半主動模型預測控制是一種基于離散時間系統(tǒng)的數(shù)字控制技術，易于對實際結構實施實時控制，具有廣闊的應用前景。 5.介紹了高層建筑風振控制基準問題的定義。創(chuàng)新地提出了高層建筑風振反應的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制。利用受控系統(tǒng)的部分樓層加速度觀測輸出和控制力觀測輸出建立了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制器，解決了傳統(tǒng)控制中有限的傳感器數(shù)目對系統(tǒng)振動狀態(tài)的估計困難的矛盾；利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡預測結構的控制行為，消除了

6、閉環(huán)控制系統(tǒng)中存在的時滯；通過模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制器的學習功能，解決了土木工程復雜結構模糊控制中，難于依據(jù)專家的主觀經(jīng)驗來確定模糊控制規(guī)則和語言變量隸屬函數(shù)等困難，以及神經(jīng)網(wǎng)絡控制中存在網(wǎng)絡層數(shù)量及隱層神經(jīng)元數(shù)量、網(wǎng)絡拓撲結構及權值意義難于確定等缺點，實現(xiàn)了結構的智能控制。以風激勵高層建筑振動控制的基準問題為研究對象，編制了程序對受控系統(tǒng)進行了數(shù)值分析，同時，將結果與LQG控制結果進行了對比分析。分析表明，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制策略能有效地抑制高