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1、·湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文結(jié)構(gòu)在地震作用下的振動(dòng)控制分析與設(shè)計(jì)姓名：張亮亮申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：固體力學(xué)指導(dǎo)教師：唐駕時(shí)20070428···碩士學(xué)位論文摘要土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究與應(yīng)用被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)抗風(fēng)和抗震研究的重大突破，它突破了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法即使僅依靠改變結(jié)構(gòu)自身性能的方法發(fā)展為由振動(dòng)控制系統(tǒng)主動(dòng)或被動(dòng)的控制結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。在眾多可用的控制裝置中，質(zhì)量阻尼器（例如TMD和AMD）是最常用的控制裝置，它較主動(dòng)支撐控制系統(tǒng)或半主動(dòng)剛度系統(tǒng)等其它控制裝置而言，有著構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于維護(hù)等特點(diǎn)，特別是對(duì)于現(xiàn)存的建筑。本文針對(duì)具有Fail-safe的混合質(zhì)量阻尼器（HMD）進(jìn)行了控制分析和
2、方案設(shè)計(jì)，并以某高層鋼結(jié)構(gòu)受地震激勵(lì)為例，進(jìn)行了仿真分析。首先分析了被動(dòng)質(zhì)量阻尼器和主動(dòng)質(zhì)量阻尼器的振動(dòng)控制原理，確定了控制系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)的表達(dá)式；介紹了三種最常用的主動(dòng)控制算法，并依此設(shè)計(jì)了時(shí)間域內(nèi)的控制律，獲得了三種不同形式和大小的控制權(quán)矩陣Q和R；在此基礎(chǔ)上，編制了地震激勵(lì)下結(jié)構(gòu)—控制系統(tǒng)時(shí)程仿真Matlab語言程序，應(yīng)用該程序?qū)?種地震波激勵(lì)下，TMD/MTMD/HMD的振動(dòng)控制效果進(jìn)行了分析比較。仿真結(jié)果表明，被動(dòng)控制系統(tǒng)和主動(dòng)控制系統(tǒng)都能有效地減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，且HMD系統(tǒng)具有更強(qiáng)的有效性和魯棒性。最后，采用LQR經(jīng)典控制算法討論了作動(dòng)器出力的優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究了主動(dòng)控制力本身
3、的特性，分析了主動(dòng)控制力對(duì)結(jié)構(gòu)特征的影響，解決了時(shí)滯對(duì)降低主動(dòng)控制效果的問題。結(jié)果表明，主動(dòng)控制裝置實(shí)際上是改變了原結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼，并為結(jié)構(gòu)采用主動(dòng)變阻尼或主動(dòng)變剛度的半主動(dòng)控制系統(tǒng)代替主動(dòng)控制系統(tǒng)提供了理論支持。本文在高層建筑抗震的主動(dòng)控制方面做了兩點(diǎn)創(chuàng)新性工作：(1)針對(duì)三種不同的主動(dòng)控制算法，分別設(shè)計(jì)了其主動(dòng)控制律，得到了三種不同形式和大小的控制權(quán)矩陣Q和R，并依此對(duì)某鋼結(jié)構(gòu)受地震激勵(lì)的振動(dòng)進(jìn)行了有效的控制，可供類似高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行主動(dòng)控制分析和設(shè)計(jì)時(shí)參考。(2)采用Benchmark控制系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)分析了HMD系統(tǒng)的主動(dòng)控制效果；以兩組不同的指標(biāo)衡量了主動(dòng)最優(yōu)控制力的方向和大
4、小，得出了控制力與作動(dòng)器所在結(jié)構(gòu)層的層間位移與層間速度的關(guān)系，以及主動(dòng)最優(yōu)控制力中彈性力絕對(duì)占優(yōu)的結(jié)論，這些在實(shí)際應(yīng)用中是很有意義的。關(guān)鍵詞：振動(dòng)控制；調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD/MTMD）；混合質(zhì)量阻尼器（HMD）；控制算法；Benchmark；時(shí)滯···I···結(jié)構(gòu)在地震作用下的振動(dòng)控制分析與設(shè)計(jì)AbstractTheresearchandapplicationaboutvibrationcontrolincivilengineeringwereconsideredasagreatprogressforstructuresunderearthquakeandstrongwindexci
5、ta-tion,traditionalseismicdesign,changingarchitecturalcharacteristicitself,hadbeendevelopedintootherusefulmethodstosuppressearthquakeandwindresponses,suchastheactiveorpassivecontrolsystems.MassDampers,suchasTunedMassDamperandActiveMassDamper,werethemostcommonsystemsinallofcontrolsystems.Comparin
6、gtoactivebracesystemsorsemi-activestiffnesssystems,theyweresimplerindesignandmaintainability,especiallyforexistentbuildings.Undertheengineeringbackgroundofahigh-risesteelconstruction,theanalysisanddesignofemployingHybridMassDamperagainstearthquakeexcitationforthisbuildingwerecarriedout.First,byt
7、heanalysisofstructuralcontrolmechanismwithactiveorpassivemassdamper,theformulaforoptimalparameterswasobtainedasaresult.Usingthethreecommonactivecontrolalgorithms,controlstrategiesintimedomainweredesigned,inaddition,therediff
