具有自复位功能的桥梁减隔震半主动控制系统研究

作     者：李振东 

作者单位：石家庄铁道大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜彦良

授予年度：2020年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：桥梁减隔震控制系统 自复位功能 MR阻尼器 半主动控制 性能评估 MATLAB 

摘      要：减隔震思想被证明是一种有效的抗震策略,能最大限度减小桥梁结构损伤。自诞生以来,以基础隔震、消能减震和振动控制为内容的结构减隔震控制系统在世界各国得到了迅速发展。在实践中发现,桥梁减隔震系统在地震中的破坏大多是由于主梁产生了过量的位移,过大的残余变形给灾后主梁的复位工作增加难度,在主震和多次余震作用下甚至发生支座滑脱或落梁的危险。因此研究具有自复位功能的桥梁减隔震系统具有重要的理论意义和工程实用价值。磁流变阻尼器（Magnetorheological,MR）作为一种新型的半主动控制装置,具有很好的智能驱动特性,在结构减振控制方面拥有良好的应用前景。针对传统控制方法存在的不足,本文介绍一种具有自复位功能的减隔震半主动控制方法及其结构,并通过数值方法对其减隔震效果和自复位功能进行了验证。此外,为了更为全面地研究MR阻尼器自复位控制方法的合理性,研究将其与基于模型的控制方法和基于软计算的智能控制方法进行了比较。具体工作内容如下:（1）MR阻尼器的力学特性试验和建模通过试验研究了MR阻尼器的阻尼特性,选择现象学模型来模拟MR阻尼器的动力特性,针对模型待识别参数多,直接优化效率低、精度差等问题,提出了一种基于分层思想的高效优化算法——分层改进粒子群算法。参数识别结果表明,利用分层改进粒子群算法确定的模型参数,试验值与预测值能够较好吻合,建立的模型具有较好的预测能力,能够较准确地反映MR阻尼器的力学特性。（2）新型半主动控制方法的可行性研究可行性研究结果表明,基于MR阻尼器的新型减隔震半主动控制系统具有明显的自复位功能,较两种被动控制,位移减小所导致的桥墩所受剪力的增加幅度较小,减隔震效果较好;在不同地震动激励下,新型桥梁减隔震半主动控制系统均能达到较好的减隔震效果和自复位功能,具有很好的内在稳定性。（3）新型半主动控制方法的合理性研究合理性研究结果表明,新型半主动控制方法简单、易于实施、最合理地体现了减隔震思想,具有很好的稳定性,能够达到近乎最优控制的性能。相较于最优控制,不存在参数整合问题,概念清晰,控制细节与减震和隔震的概念明确对应;相较于神经网络控制,控制方法简单、易于实施。因此,具有自复位功能的新型半主动控制系统在桥梁减隔震设计中不失为一种很好的选择。