建筑結(jié)構(gòu)磁流變阻尼器及基礎(chǔ)隔震混合控制方法研究

建筑結(jié)構(gòu)磁流變阻尼器及基礎(chǔ)隔震混合控制方法研究

被動(dòng)控制簡(jiǎn)單流暢，但控制效果有限。雖然主動(dòng)控制是最好的，但需要強(qiáng)大的能量源?？刂扑惴ǚ浅?fù)雜。由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件的限制，其應(yīng)用成本高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)。混合控制綜合了幾種控制方法的優(yōu)點(diǎn),控制效果較好,在某些情況下單獨(dú)控制系統(tǒng)解決不了的問(wèn)題可以由混合控制解決,因此它具有更為廣闊的發(fā)展前景。本文將被動(dòng)控制和半主動(dòng)控制結(jié)合起來(lái)構(gòu)成混合控制系統(tǒng),既進(jìn)行了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)置磁流變阻尼器及基礎(chǔ)隔震的混合控制方法的研究。1磁勢(shì)阻滯器與基本沉降之間的混合控制1.1種雙推桿mr阻尼器本文所采用的混合控制體系為磁流變阻尼器和基礎(chǔ)隔震體系。阻尼器為L(zhǎng)ORD公司與圣母大學(xué)合作設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的20噸足尺雙推桿MR阻尼器,是一種運(yùn)動(dòng)磁流變閥阻尼器,最大出力為200KN?；A(chǔ)隔震系統(tǒng)所用的隔震部件為疊層鋼板橡膠墊。1.2mr干擾裝置的配置本文采用斜支撐布置方案,在結(jié)構(gòu)的底層布置一個(gè)MR阻尼器。1.3結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力在一維水平地面加速度··xg(t)的作用下,安裝有m個(gè)磁流變減振器的n+1個(gè)自由度結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)微分方程為M··X(t)+C·X(t)+KX=EU(t)-MI··Xg(t)式中,M,C,K分別為建筑結(jié)構(gòu)體系的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣;X,·X,··X分別為結(jié)構(gòu)相對(duì)于地面的位移反應(yīng)向量、速度反應(yīng)向量和加速度反應(yīng)向量;E為控制力U的位置矩陣,Ei=[0,…,1,-1,0,…,0]T,i=1,…,r,其中1所在的列數(shù)是第i個(gè)阻尼器所在的層序號(hào);U為由減振驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的控制力列向量,U(t)=[u1,u2,…,ur]Tr×1為r維控制力向量,ur為第r個(gè)MR阻尼器產(chǎn)生的庫(kù)侖摩擦阻尼力和機(jī)械摩擦力部分,與結(jié)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度大小無(wú)關(guān);I為單位列向量;··Xg(t)為地震地面運(yùn)動(dòng)加速度。式中,m0、c0、k0為隔震層的質(zhì)量、阻尼、水平剛度。2計(jì)算與分析2.1算例2:某抗混合布某駁岸結(jié)構(gòu)在確定結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型時(shí),作如下假定:(1)假設(shè)樓板在平面內(nèi)的剛度無(wú)窮大,同層的側(cè)位移相同;(2)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量認(rèn)為集中在樓板或屋面上;(3)在振動(dòng)過(guò)程中各樓層始終保持水平,結(jié)構(gòu)的變形表現(xiàn)為層間的錯(cuò)動(dòng)。本算例采用某五層框架結(jié)構(gòu)。具體結(jié)構(gòu)參數(shù)為質(zhì)量m1=m2=m3=m4=m5=1045.10t×103kg,層間剛度k1=k2=k3=k4=k5=5176000KN·m-1,上部結(jié)構(gòu)的阻尼比為0.05。2.2為了確定隔震層的剛性，通過(guò)表達(dá)式kh=kj，計(jì)算隔震層的等效剛性其中,kh為隔震層水平動(dòng)剛度;kj為j隔震支座水平動(dòng)剛度。本文中kh=48450KN/m,m0==895.83t2.3阻尼比和自振頻率其中,C為體系的阻尼矩陣;a,b為待定系數(shù)。a=2(ζjωj?ζj+1ωj+1)1ω2j?1ω2j+1b=2(ζj+1ωj+1?ζjωj)ω2j+1?ω2ja=2(ζjωj-ζj+1ωj+1)1ωj2-1ωj+12b=2(ζj+1ωj+1-ζjωj)ωj+12-ωj2式中,ζj、ωj分別為第j振型阻尼比與自振頻率;ωj可以通過(guò)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力平衡方程求得,ζj可根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和相關(guān)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出,在本文中,將其取為0.05。2.4結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)控制為了驗(yàn)證本文所提出的混合控制方法的有效性,本文選取了某五層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值分析。分析中,將磁流變阻尼器一端連于地面,另一端連接在二層樓板上。由于設(shè)置了隔震層,隔震層處的位移較大,而上部結(jié)構(gòu)接近于平動(dòng),這樣,根據(jù)磁流變阻尼器的出力特點(diǎn),選擇出最優(yōu)位置,阻尼器在較大的位移處會(huì)產(chǎn)生較大的阻尼,實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的控制。本文對(duì)結(jié)構(gòu)分別輸入Taft波EL-Centro波,半主動(dòng)控制策略采用PASSIVE-OFF控制算法。在進(jìn)行分析時(shí),分別采取的數(shù)據(jù)為:結(jié)構(gòu)的隔震層處位移時(shí)程曲線(圖1,圖2),結(jié)構(gòu)層間加速度(表1,表2)。如下所示:3無(wú)控結(jié)構(gòu)和混合控制在作用下的減振率與加速度值對(duì)比,結(jié)果如下(1)從位移反應(yīng)來(lái)說(shuō),當(dāng)結(jié)構(gòu)只采用橡膠墊基礎(chǔ)隔震時(shí),隔震墊對(duì)結(jié)構(gòu)的控制效果非常顯著,但橡膠墊本身可能產(chǎn)生較大的位移,使結(jié)構(gòu)在大地震作用時(shí)失穩(wěn)甚至破壞,而混合控制明顯的降低了隔震層的位移反應(yīng),減振率達(dá)到62.9%?？梢?jiàn),混合控制的效果是很有效的,保證隔震結(jié)構(gòu)在大地震作用下的位移反應(yīng)的安全與穩(wěn)定,增加了結(jié)構(gòu)的安全性。(2)從加速度的反應(yīng)上來(lái)說(shuō),與單獨(dú)的隔震結(jié)構(gòu)相比,混合控制降低了結(jié)構(gòu)各層的加速度值,反