论文部分内容阅读
提高建筑结构在地震等外部扰动下的抗震性以及减轻动力作用危害是土木结构工程领域面临的重大课题之一。结构振动控制可以有效的减轻建筑结构在地震等动力作用下的响应和损伤、有效提高建筑的抗震性。半主动控制兼具被动控制系统的可靠性、简易性与主动控制系统的有效性,被认为是最具有前景的结构控制技术之一。基于磁流变阻尼器的半主动控制与其它半主动控制相比,具有结构简单、阻尼力连续可调、响应快、出力大、耐久性好而且耗电功率小等特点,具有良好的减震效果。本文以建筑结构模型为研究对象,采用模糊控制策略并引入殖民竞争算法对其控制器进行优化,将优化后的模糊控制器应用于建筑结构振动控制并进行了数值分析和试验研究。首先,针对磁流变阻尼器的强非线性特性,采用模糊控制策略,提出利用殖民竞争算法进行优化。基于模糊控制的强鲁棒性及自适应能力,设计适用于磁流变-房屋减震的模糊控制器;考虑到模糊控制器设计复杂,提出用殖民竞争算法优化模糊控制器的隶属函数、模糊控制规则及量化因子,以克服传统靠经验获取模糊控制器参数的不足。其次,以一个经典三层框架模型为例,建立基于模糊控制的磁流变-房屋减震控制系统。设计一个同时考虑建筑结构安全性及居住舒适性的多目标函数,利用殖民竞争算法优化得到最佳的模糊控制系统参数,使得建筑在地震波激励下的加速度和位移结构响应最小;并将控制效果与其它控制策略进行对比,分析所提出控制策略的优越性。然后,利用电液伺服疲劳试验机,对磁流变阻尼器进行力学性能测试并建立动力学模型。通过试验获得磁流变阻尼器在不同工况下的力-位移和力-速度特性曲线;对经典力学模型进行参数识别,分析不同模型的拟合效果,以确定适合该阻尼器的最佳动力学模型。最后,设计一个三层框架钢结构模型,搭建了测试平台,对控制策略进行试验验证。分析了该模型的主要参数,并设计模糊控制系统以及数据采集、处理、存储、显示系统;在地震波的激励下,对不同控制策略的控制效果进行了试验验证研究。本文的创新之处在于,针对模糊控制器参数设计的复杂性,特别是多输入多输出控制系统,提出利用殖民竞争算法进行优化,并将该控制策略应用于模糊智能控制;在此基础上,与磁流变阻尼器半主动控制相结合应用于房屋结构减震,结合数值分析和试验,研究其减震控制效果,为提高建筑结构抗震性提供新的控制策略。