天兴洲大桥纵向地震反应主动控制

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1、武汉理工大学硕士学位论文天兴洲大桥纵向地震反应的主动控制姓名：王志春申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：瞿伟廉20070301武汉理工大学硕士学位论文摘要大跨度柔性桥梁的大量兴建和高效能建桥材料的广泛应用，桥梁结构的振动问题日趋突出。作为交通枢纽及生命线工程的桥梁，其振动问题特别是桥梁的纵向振动不仅关系到桥梁的正常安全使用，而且关系到发生灾害后求援工作能否顺利开展。结构振动控制作为一种积极主动的对策，依靠控制系统与结构的联合工作来抵御外部的动力输入，从而有效地减小结构的动力响应。开展振动主动控制方法的研究，对促进振动主动控制理论的发展和提高工程抗震技术的水平有着重要的理论意义和实

2、用价值。本文以天兴洲公铁两用斜拉桥为工程背景，对主梁的纵向地震反应进行主动控制分析，并对主动控制系统的时滞效应提出补偿方法。得出结论用主动控制技术控制桥梁的纵向振动是可行的。本文主要做了以下的主要工作：(1)天兴洲大桥动力特性分析。系统地介绍了建立天兴洲大桥Ansys模型的过程，提取前十阶模态和有限元质量。(2)主动控制系统时滞补偿。时滞与补偿是主动控制系统优化设计中必须考虑的一个重要问题。本文对此进行了研究，分析了时间滞后产生的原因和对控制系统的影响，提出了主动控制系统的时滞多项式插值补偿算法。结合框架算例计算分析时滞补偿后系统的控制效果较补偿以前有了明显的改善，说明该时滞补偿方法是

3、有效的。(3)天兴洲大桥纵向地震反应控制计算分析。振动控制设计中控制策略直接决定着控制效果。利用线性二次型最优化(LQR)算法解算出结构在外界激励作用下的最优控制力，然后结合作动器前几阶的状态，运用多项式插值补偿算法预测主动控制作动器下一步的出力，以补偿控制系统时滞带来的影响。通过天兴洲大桥算例分析，结果验证了主动控制能有效减小天兴洲大桥主梁的纵向地震反应。关键词：纵向地震反应，模态控制，时滞，多项式插值补偿算法武汉理工大学硕士学位论文AbstractAswidespreadflexibleconstructionoflong-spanbridgesandextensiveapplic

4、ationofefficientconstmodonmaterials，theissueofbridgestructurevibrationhasbecwomeincreasinglyprominenLThevibrationissues,especiallythelongitudinalvibration,arenotonlyrelatedtothesafeoperationofbridgebutalsorelatedtoasuccessfulrescueworkafterdisaster．Structuralvibrationcontrol，asakindofactivestrat

5、egy，withstandingtheexternalpowerinputwiththeteamworkofthecontrolsystemandthestructure，caneffectivelyreducethestructuraldynamicresponse．Thestudyonthewayofacdvecontrolcanpromotethedevelopmentoftheactivecontroltheoryandimprovetheengineeringearthquake-resistancetechnique，whichhasimportanttheoretical

6、meaningsandutilities．TakingTianxingzhouBridgeastheprojectbackground，theanalysistothecontrolthelongitudinalseismicresponseofthemaindeckisdone．andalsothetime-delayissueinthesemi—activecontrolsystemisdiscussed,whichfollowedbythepolynomialinterpolatingcompensationalgorithm．Throughthefesultsofthebrid

7、gevibrationcontrolwhenthebridgeisexertedbyaseismicshock,thistheactivecontrolmethodisverifiedtoheeffectiveinthelongltudinalvibrationcontrolofthecable-stayedbridge．Inthispaper：(1)DynamiccharacteriseanalysisofTianxingzhouBridge