【摘要】：在地震作用下,偏心結(jié)構(gòu)由于質(zhì)心和剛心不重合,導(dǎo)致作用在質(zhì)心的慣性力對剛心產(chǎn)生扭矩,結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動,并產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形。震災(zāi)經(jīng)驗(yàn)表明,地震作用下的扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動已經(jīng)成為破壞結(jié)構(gòu)的主要因素。傳統(tǒng)抗震方法采用結(jié)構(gòu)自身承重構(gòu)件來減小結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng),而結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)則采用非承重構(gòu)件的控制裝置來減小地震動對結(jié)構(gòu)的損害。由于傳統(tǒng)方法的局限性大且效果差,結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)逐漸成為了人們的研究重點(diǎn)。經(jīng)過多年的發(fā)展,結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)總體上可以分為四部分,即:被動控制、主動控制、半主動控制和智能控制。相比于其他控制技術(shù),半主動控制具有造價(jià)低、效果好、易實(shí)現(xiàn)并且可以在外界提供較少能源的情況下產(chǎn)生很好地控制效果。因此,研究偏心結(jié)構(gòu)的半主動控制在結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域具有重要的意義。電磁慣性質(zhì)量阻尼器(Electromagnetic Inertial Mass Damper,EIMD)相比于傳統(tǒng)阻尼器具有機(jī)械轉(zhuǎn)化率高、摩阻力小、維護(hù)方便、系統(tǒng)壽命長、對環(huán)境的污染小等優(yōu)點(diǎn),在近年來得到了廣泛的關(guān)注。另外,通過改變EIMD終端電阻可以控制其電磁阻尼力的變化,因此也可以將EIMD作為半主動控制裝置使用。本文結(jié)合新型電磁慣性質(zhì)量阻尼器,提出了基于LQR控制算法的半主動控制系統(tǒng)。為了提高阻尼器的控制效率以及降低成本,研究了偏心結(jié)構(gòu)基于遺傳算法合理布置EIMD的位置和數(shù)量的方法。最后為了減少用來檢測結(jié)構(gòu)振動狀態(tài)傳感器的數(shù)量,采用LQG主動控制算法結(jié)合半主動控制策略對偏心結(jié)構(gòu)基于遺傳算法的EIMD優(yōu)化配置計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析。主要研究內(nèi)容如下:(1)闡述了EIMD的基本工作原理及其力學(xué)性能,介紹了縮尺和全尺兩種規(guī)格EIMD的基本構(gòu)造及其參數(shù),得出了阻尼器的終端阻尼和阻尼力的關(guān)系。以一個裝有EIMD的三層結(jié)構(gòu)結(jié)合縮尺EIMD為例,驗(yàn)證該阻尼器的減震性能。結(jié)果表明,EIMD在外接電阻較小時(shí)控制效果明顯好于電阻較大時(shí),說明了該阻尼器具有良好的減震性能,同時(shí)也表明了EIMD可以被用作半主動控制裝置。(2)以一個24層偏心結(jié)構(gòu)為例,采用基于LQR主動控制算法的半主動控制方法來實(shí)現(xiàn)偏心結(jié)構(gòu)基于EIMD的半主動控制。然后對偏心結(jié)構(gòu)分別輸入兩種不同地震波,以驗(yàn)證該方法的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明,不同地震波作用下偏心結(jié)構(gòu)基于LQR算法的半主動控制對結(jié)構(gòu)的位移、轉(zhuǎn)角、加速度和轉(zhuǎn)角加速度時(shí)程響應(yīng)峰值相比于無控均有明顯的抑制,證明了半主動控制策略的有效性和穩(wěn)定性。(3)為了降低成本以及提高EIMD阻尼器的控制效率,研究了偏心結(jié)構(gòu)基于遺傳算法合理布置EIMD控制系統(tǒng)位置和數(shù)量的方法。對優(yōu)化配置不同數(shù)量EIMD的偏心結(jié)構(gòu)進(jìn)行了半主動控制分析,對比了各種數(shù)量的減震系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)的控制效果,仿真試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了遺傳算法的有效性。(4)為了避免在結(jié)構(gòu)中安裝過多的傳感器,采用LQG主動控制算法結(jié)合半主動控制策略對偏心結(jié)構(gòu)基于遺傳算法的EIMD優(yōu)化配置理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。仿真結(jié)果表明,該方法能夠較為準(zhǔn)確的估計(jì)出結(jié)構(gòu)運(yùn)動狀態(tài),其控制效果接近于LQR控制方法。
【圖文】：

反應(yīng)[7]。圖 1.1（b）為中央電視臺總部大樓，該項(xiàng)目兩座塔樓向內(nèi)傾斜，頂部由懸臂結(jié)構(gòu)連為一體。整個結(jié)構(gòu)受力極其復(fù)雜，，全樓先天性傾覆力巨大，抗沖擊破環(huán)能力較差[8]。圖 1.1（c）為廣州電視新塔，該結(jié)構(gòu)由上下兩個橢圓扭轉(zhuǎn)在腰部收縮變細(xì)，中部最細(xì)處的面積與底面和頂部的對比差異較為突出。由于橢圓形不斷地旋轉(zhuǎn)，其質(zhì)量與剛度的分布不均勻[9]。圖 1.1（d）為望京 SOHO 中心，該樓平面形狀不規(guī)則，外形形似 魚 狀，且由下往上沿豎向?qū)訉邮者M(jìn)[10]。（a）上海中心大廈 （b）中央電視臺總部大樓

1 緒論山墻的一端，框架遠(yuǎn)離剛度中心，在地震中因扭轉(zhuǎn)引起的過大層間位移而折斷。圖 1.2（d）為一幢五層的框架剪力墻結(jié)構(gòu)，由于剪力墻位置不對稱，在阿拉斯加地震中發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動，導(dǎo)致大塊樓板墜落，部分梁柱斷裂，樓層局部發(fā)生倒塌[11]。（a）高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)破壞 （b）臺灣集集地震九層建筑震害
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU352.1

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本文編號：2600612