考虑智能隔震支座时滞效应的结构半主动控制分析

摘要

本文在SMA半主动隔震支座基础上，对于温感控制器在半主动控制过程中产生的时滞效应，进行研究和分析—考虑智能隔震支座时滞效应的结构半主动控制分析。
　　文章首先介绍了近年来关于隔震的发展和研究现状，结构的主动控制、被动控制以及结构的半主动控制技术，分析了叠层橡胶支座和SMA绞线叠层橡胶支座在地震下的动力反应方程，分析和研究了半主动SMA智能隔震支座在绞线布置和受力的合理性。讨论了时滞产生的原因，提出了移相法和状态预补偿法来进行解决在温感控制器对结构进行半主动控制所产生时间滞后的现象。并且对于两种方式进行了函数方程上的运算，得到个楼层的位移反应峰值，对比各楼层反应峰值的控制效果。建立基于叠层橡胶支座、SMA绞线叠层橡胶支座与SMA智能隔震支座的结构半主动控制在单自由度隔震体系的运动方程，并将应用了解决时滞效应的SMA智能隔震支座，同叠层橡胶支座和SMA叠层橡胶支座支撑条件下，对一个七层的框架结构进行了模态分析和时程反应分析，比较位移和加速度，验证了本文提出解决时滞问题后的SMA智能隔震支座的结构半主动控制的耗能减震效果。结果表明:
　　(1)结构半主动控制的SMA智能隔震支座，相比与叠层橡胶支座和SMA绞线叠层橡胶支座拥有更高的结构安全性。与温感控制器的结合，即使在强震的状况下，隔震层相对位移超过设定值时，开关闭合，SMA由马氏体转换成奥氏体，刚度和阻尼增大。未超过限制时，开关断开SMA恢复到马氏体。整个过程中从分的显示了半主动控制的SMA智能隔震支座的自适应能力。
　　(2)移相法和状态预补偿法在解决温感控制器对结构控制时间滞后的问题上都有良好的控制时滞的效果。
　　(3)应用解决时滞效应的半主动SMA智能隔震支座，隔震效果明显优秀于叠层橡胶支座和SMA绞线-叠层橡胶支座，实现了半主动控制，并且解决了半主动控制当中的时滞效应。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 结构控制技术的研究和发展

1．2．1 被动控制的应用和发展

1．2．2 主动控制的应用和发展

1．2．3 半主动控制的应用和发展

1．3 形状记忆合金的三种主要基本特性

1．3．1 形状记忆效应

1．3．2 形状记忆合金的阻尼特性

1．3．3 形状记忆合金超弹性性能

1．4 本文主要研究内容

2 结构半主动控制系统时滞与分析

2．1 形状记忆合金的性能

2．1．1 SMA的热力学方程

2．1．2 SMA的超弹性和形状记忆恢复力试验和结果

2．2 控制系统时滞的测量和识别

2．2．1 控制系统时滞的测量

2．2．2 控制系统时滞的识别

2．3 时滞对半主动控制系统的影响与解决

2．3．1 时滞影响结构半主动控制系统的实质

2．3．2 时滞系统的运动方程分析

2．4 时滞问题的解决

2．4．1 减小时滞

2．4．2 时滞补偿法

2．5 本章小节

3 SMA智能隔震支座的半主动结构控制分析

3．1 基于SMA智能隔震支座的结构半主动控制的构造及隔震机理

3．1．1 结构构造

3．1．2 工作原理

3．2 结构半主动控制的SNA智能隔震支座的力学性能分析

3．2．1 单质点基础隔震体系动力反应分析

3．2．2 基础隔震结构加速度反应分析

3．2．3 基础隔震结构位移反应分析

3．3 基于三种不同支座的单质点体系运动方程

3．3．1 基于叠层橡胶支座基础隔震体系的运动方程

3．3．2 基于SMA复合支座基础隔震体系的运动方程

3．3．3 基于SMA智能隔震支座的结构半主动控制隔震体系的运动方程

3．4 基于SMA智能隔震支座的结构半主动控制的恢复力计算

3．4．1 SMA绞线的恢复力计算

3．4．2 结构的半主动控制的SMA智能隔震支座的回复力计算

3．5 基于状态预测补偿法和移相法的数值模拟

3．6 本章小节

4 基于考虑时滞现象前提下的结构半主动控制模拟分析

4．1 模型介绍

4．2 框架结构的地震响应分析

4．2．1 结构反应谱分析

4．2．2 结构模态分析

4．2．3 地震反应谱分析

4．2．4 结构的时程分析

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历

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