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智能隔震技术因其较小的能源需求和较优的减震效果已成为结构振动控制领域的研究热点,而磁流变阻尼器(MRD)因其动态范围宽和响应速度快等优点在智能隔震结构的研究中得到更多学者的青睐。磁流变智能隔震系统减震效果的好坏通常取决于控制算法,拟负刚度控制算法可使隔震层中的MRD生成具有负刚度特性的滞回环,增大隔震层阻尼比的同时又不会放大隔震层剪力,理论上可同时提高隔震有效性和安全性。然而,现有的拟负刚度控制算法仍不能很好控制中小地震下上部结构的加速度,且磁流变智能隔震结构缺乏隔震性能的概率评估,更需要研发可靠实用的智能控制系统及其隔震控制效果的振动台试验验证。因此,研究一种即能有效控制大震下隔震层位移又能有效控制中小震下上部结构反应的控制算法并对其控制效果进行概率评估,同时研发可靠实用的智能控制系统并对其隔震控制效果进行试验研究具有重要理论意义和工程应用价值。 本文首先提出了考虑地震动强度不确定性的“理想隔震控制目标”,以指导智能隔震控制系统的设计。随后,在充分研究现有拟负刚度控制算法特点和不足的基础上,创新性地提出了基于微分滤波的拟负刚度(FPNS)控制算法并对其控制参数进行优化。接着,对采用FPNS控制算法的智能隔震Benchamrk模型进行了数值分析。结果表明,FPNS智能控制系统能够同时提高隔震安全性以及不同地震动强度下的隔震有效性;其控制力在速度方向改变时缓慢光滑变化,在零位移处随地震动强度的增加而增大,克服了现有拟负刚度控制算法控制力的不足。 本文针对地震动的强随机性,利用概率地震危险性分析方法对采用 MC-FPNS、clipped-H2/LQG和DPNS三种控制算法的磁流变智能隔震Benchmark模型进行了地震易损性分析和概率地震危险性评估。数值结果表明,MC-FPNS智能隔震系统具有更优的隔震效果:室内仪器设备的抗震性能能够完全满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准设防要求;非结构构件的抗震性能可满足“大震不坏”的要求;隔震支座的抗震性能可满足“极罕遇地震不倒”的要求。 本文研发了一套基于MRD的智能控制系统,并进行了理论和试验研究。利用MRD的性能试验结果提出了MRD的三段线性模型。利用其逆模型计算MRD的控制电流,试验研究了采用 FPNS控制算法的智能控制系统性能,研究结果表明,该智能控制系统在加载频率较低时能较好跟踪理想控制力。将磁流变智能控制系统应用于一个四层钢框架隔震模型,通过振动台试验验证了拟负刚度智能隔震系统的有效性、安全性以及对不同地震动类型和地震动强度大小的适应性。