电力建筑及高架电气设施的减震控制研究

摘要

由于电力建筑的特殊性，需要较大的空间放置变电设备，工艺要求比较严格，而且由于需要在竖向布置电缆，楼面局部需要开很多电缆槽，这些都将引起结构具有非对称的刚度或质量分布，在地震作用下这类建筑的扭转运动将耦合横向运动，加重建筑物的破坏。针对该类建筑扭转问题，结合作者所在课题组提出了序列最优控制算法，本文实现了该算法对电力建筑扭转耦联地震响应控制。通过对一双向偏心四层钢筋混凝土框架变电站主控通信楼地震反应控制分析表明，表明该算法不仅能有效地控制通信楼的平移地震反应，而且能更有效地抑制结构的扭转耦联地震反应。因而在工程中具有广阔的应用前景。 控制算法是结构振动控制器的核心，一套控制效果优良的控制系统必须有比较优良的控制算法。针对土建结构振动控制问题的复杂性和特殊性，使得许多控制算法研究成果无法应用于工程实践当中，因此研究适用于土木工程振动控制器的控制算法是实现振动控制器工程应用的关键所在。模拟地震波输入结构的过程，在每一个时间步长建立控制目标函数，推导出了一种更为一般的最优控制算法——单步预测最优控制算法，并采用状态转移的数值方法对其加以实现。所获得的最优控制力表达式同时包含了当前时间步长初时刻结构响应和地震激励两部分的影响，从概念上改进了现有的最优控制算法：导出了最优控制力系数表达式，用代数公式取代了传统的Riccati微分方程的求解，提高了计算效率。应用MATLAB语言编制了实现该算法的计算程序，通过对安装控制器的电力指挥中心基础隔震楼的地震响应分析，表明该算法能有效地控制电力指挥中心楼的地震响应，而且该算法的控制效率优于现有的经典最优控制算法和瞬时最优控制算法，且具有更高的精度。最后通过对三种控制算法的稳定性分析，表明三种控制算法都是稳定的，但单步预测最优控制算法在相平面响应轨迹中的收敛速度是最快的，稳定性最好。 针对高架电气隔震控制问题，开发出新型隔震装置，该装置水平向刚度比较小，与普通橡胶隔震支座不同的是该装置能够抵抗较大的竖向拉力，从而实现对高架电气设备的隔震。将该装置试用于330KV电压互感器的隔震控制，显示出了良好的隔震效果，最后通过试验验证了该隔震装置的有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2结构振动控制技术研究现状及工程应用

1.2.1被动控制技术及工程应用

1.2.2主动控制技术及工程应用

1.2.3半主动控制技术及工程应用

1.2.4混合控制技术及工程应用

1.3结构振动控制算法研究概况

1.4偏心结构扭转耦联效应控制研究概况

1.5高架电气设备抗震研究概况

1.6课题研究目的、意义和内容

1.6.1课题研究目的、意义

1.6.2课题研究内容

第2章双向偏心电力建筑的动力模型及响应特征分析

2.1引言

2.2双向偏心电力建筑动力模型

2.3双向偏心电力建筑动力响应特征分析

2.4本章小结

第3章双向偏心电力建筑结构地震响应最优控制算法

3.1引言

3.2结构运动方程

3.2.1受控双向偏心电力建筑结构动力模型

3.2.2智能隔震体系动力方程

3.3序列最优控制算法(SOC)

3.3.1基于状态反馈序列最优控制的控制力

3.3.2基于输出加权序列最优控制的控制力

3.4单步预测最优控制算法

3.4.1控制目标函数

3.4.2状态反馈最优控制力的导出

3.4.3加权输出反馈最优控制力的导出

3.5单步预测最优控制算法的特点

3.6基于状态反馈单步预测最优控制算法的稳定性

3.7本章小结

第4章电力建筑减震控制仿真分析

4.1引言

4.2双向偏心主控通信楼仿真分析

4.3电力指挥中心楼智能隔震仿真分析

4.3.1隔震层控制效果分析

4.3.2上部结构控制效果分析

4.3.3控制力特性分析

4.3.4控制器稳定性分析

4.4本章小结

第5章新型高架电气隔震装置分析与试验探讨

5.1引言

5.2新型高架电气隔震装置

5.2.1隔震装置计算参数

5.3 330KV电压互感器隔震设计

5.3.1工程概况

5.3.2材料属性

5.3.3隔震装置刚度确定

5.3.4计算分析与构造措施

5.4新型高架电气隔震装置试验探讨

5.4.1试验目的

5.4.2试验内容

5.4.3试验模型

5.4.4试验设备与采集系统

5.4.5加速度传感器的布置

5.4.6试验步骤

5.4.7试验数据处理及结果分析

5.5本章小结

总结与展望

1.总结

2.展望

参考文献

致谢

附录