連續(xù)梁橋地震損傷控制與數(shù)值模擬.pdf

1、作為交通樞紐工程,橋梁結(jié)構(gòu)是生命線工程的重要一環(huán),其建設(shè)造價(jià)高,工程作用重大,一旦發(fā)生地震破壞,將會(huì)給社會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,且震后修復(fù)非常困難。連續(xù)梁橋作為一種重要的橋型,以其良好的力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性能等優(yōu)勢(shì),在全世界范圍內(nèi)被廣泛采用。本文以連續(xù)梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象,對(duì)其進(jìn)行了智能控制和數(shù)值模擬,系統(tǒng)的研究了連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)體系在強(qiáng)震作用下的地震響應(yīng)及損傷。本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)為了更好的研究連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用

2、下的半主動(dòng)控制及其數(shù)值模擬,本文首先基于控制裝置和控制算法,詳細(xì)的介紹了磁流變阻尼器的構(gòu)造、性能、工作模式和出力模型;然后針對(duì)控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程、最優(yōu)控制算法、主動(dòng)控制力與狀態(tài)空間之間的增益關(guān)系,對(duì)比分析了不同控制算法間的異同點(diǎn),并給出了基于磁流變阻尼器常用的幾種半主動(dòng)控制算法及其物理意義。這為連續(xù)梁橋采用半主動(dòng)控制方法的研究、應(yīng)用及其數(shù)值模擬奠定了理論基礎(chǔ)。
　　(2)在連續(xù)梁橋的智能控制研究中,大多以控制梁的加速度和控制橋墩墩

3、頂與梁間的相對(duì)位移為目的,而忽略了對(duì)橋墩損傷的控制。本文提出了一種改進(jìn)的半主動(dòng)控制策略,通過(guò)在限界 Hrovat最優(yōu)半主動(dòng)控制算法中引入橋墩的損傷指數(shù),使橋梁的地震反應(yīng)和橋墩的損傷同時(shí)得到控制。本文以一設(shè)置了磁流變阻尼器的兩跨連續(xù)梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象,采用MATLAB對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬分析,對(duì)所提出的半主動(dòng)控制策略進(jìn)行了多種工況下的驗(yàn)證。計(jì)算結(jié)果表明,采用考慮損傷的半主動(dòng)控制策略,能夠在較好控制橋梁地震反應(yīng)的同時(shí),有效減輕橋墩在強(qiáng)震過(guò)程中的損傷

4、,使橋墩的損傷指數(shù)得到明顯降低。
　　(3)本文提出了一種多墩聯(lián)合半主動(dòng)控制算法,該控制算法在主動(dòng)最優(yōu)控制力的基礎(chǔ)上,綜合考慮連續(xù)梁橋各墩的損傷狀態(tài),通過(guò)調(diào)整阻尼器的目標(biāo)出力,在主梁加速度和各橋墩墩頂與主梁間的相對(duì)位移得到控制的同時(shí),使各橋墩的損傷指數(shù)能夠平均分配。并以一設(shè)置了磁流變阻尼器的三跨連續(xù)梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象,采用MATLAB對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬分析,對(duì)所提出的半主動(dòng)控制算法進(jìn)行了多種工況下的驗(yàn)證。計(jì)算結(jié)果表明,采用多墩聯(lián)合半主動(dòng)

5、控制算法,能夠較好地控制橋梁的地震反應(yīng),同時(shí)使本應(yīng)破壞最嚴(yán)重的橋墩在強(qiáng)震過(guò)程中的損傷指數(shù)得到有效的降低,達(dá)到各橋墩損傷平均分配的效果。
　　(4)本文提出了一種在大型有限元軟件 ABAQUS中實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)控制的方法。傳統(tǒng)控制理論的數(shù)值模擬方法大多是基于MATLAB數(shù)值程序?qū)崿F(xiàn)的,一般需要一定的假設(shè)和簡(jiǎn)化,而在強(qiáng)震激勵(lì)作用下,難以保證結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)始終處于線彈性狀態(tài),這將不可避免地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析存在一定的誤差。采用本文所提出的數(shù)值模