建筑结构在地震作用下的质量阻尼主动控制分析

摘要

随着社会的发展,超高层建筑的不断兴起,使得人们对建筑结构的安全性与舒适性提出了更高的要求。提高建筑的抗震、抗风能力是目前结构设计的首要任务。土木结构的振动控制研究是结构抗震研究的重大突破,它依靠振动控制系统主动或被动控制来控制结构的动力响应,在现代工程应用中极为广泛。
　　本文以某高层建筑结构受地震激励为例,采用主动质量阻尼器(AMD)对建筑结构的抗震主动控制进行了控制算法研究和计算机仿真分析。研究了高层建筑结构中传感器的优化布置设计和结构中作动器最优主动控制力的优化设计。
　　首先,分析了传感器布置位置与数目对结构的影响,提出采用改进的自适应遗传算法来研究高层建筑结构中传感器的优化布置问题,通过二重结构的遗传编码实现传感器数目的最优设计,并且通过遗传算子概率的自适应取值得到遗传算法的全局最优解。结果表明,改进的自适应遗传算法对传感器的布置可以取得很好的优化效果。
　　其次,分析了主动质量阻尼控制系统的控制原理,确定了控制系统最优参数的表达式,获得了控制权矩阵Q和R的取值;采用线性二次型最优控制算法(LQR)设计了作动器的最优主动控制力,同时分析了主动控制力对结构特征的影响,讨论了系统时滞对主动控制系统的影响,并通过移相法进行补偿,提高了主动控制效果。
　　最后,通过MATLAB计算机仿真分析,仿真结果表明,主动控制装置改变了原结构的刚度和阻尼,通过主动控制算法设计最优控制力能够有效地减小结构的震动响应。

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1 绪论

1.1 引言

2 高层建筑结构传感器优化布置设计

2.1 传感器与作动器

2.2 传感器优化布置概述

2.3 传感器优化布置准则

2.4 传感器优化布置的方法

2.5 遗传算法

2.6 本章小结

3 结构振动控制系统

3.1 结构振动控制系统概述

3.2 结构振动控制系统分类

3.3 结构振动控制算法

3.4本章小结

4 高层建筑振动结构主动质量阻尼控制系统

4.1 主动质量阻尼控制系统概述

4.2 控制系统数学模型

4.3 控制律的设计

4.4 最优控制力设计与分析

4.6 本章小结

5 高层建筑结构在震动作用下的振动控制分析

5.1 算例简介

5.2 地震波的选取

5.3 系统时程控制分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 进一步工作展望

致谢

参考文献

附录 硕士研究生学习阶段发表论文