智能隔震结构的模态控制.pdf

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1、第25卷第4期华中科技大学学报(城市科学版)VO1．25NO．42008年12月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Dec．2008智能隔震结构的模态控制党育，一，霍凯成，瞿伟廉(1．武汉理工大学湖北省道路与桥梁重点试验室，湖北武汉430070；2．兰州理工大学土木学院，甘肃兰州730050)摘要：本文应用模态控制方法对加磁流变阻尼器的隔震结构进行控制。基础隔震结构的响应主要以第一振型为主，且基础隔震结构具有非比例阻尼，无法进行常规的振型分解，本文引入复振型分解法，对基础隔震结构进

2、行振型分解，再用LQG算法对结构的第一振型进行控制。该方法可以方便地确定权重矩阵，并改善了一般的模态控制方法对隔震结构的造成的误差。数值分析表明，该算法有较好的精度，且控制方法简单。关键词：智能隔震；复振型分解；模态控制中图分类号：TU352．12文献标识码：A文章编号：1672—7037(2008)04．0130—03对于加磁流变阻尼器的基础隔震结构，国内外已经有多种控制算法对其进行研究，如Spencer0，并取y={磊I，得到特征方程为：等人的控制算法L1J，Bang．Bang控制等L2J，Yang，

3、lA2+BI=0(3)JN等人的最优控制等L3’】，都取得比较好的控制效果。但这些控制算法的一个主要问题是权重这样可以得到2n个复特征值和特征向量，这些矩阵很难确定，特别是当结构的自由度很大时。特征值和特征向量共轭出现，记作，而基础隔震结构的响应主要以第一振型为主，如，⋯．，，，⋯．，果对基础隔震进行模态控制，可以取得较好的效．果。但基础隔震结构由于隔震层的原因，结构阻尼为非比例阻尼，无法用实振型分解法对结构进[]，[]，．．．[]，[]，[卜[。]行振型分解，本文引入复振型分解法的思路，对其中，=+，谚

4、=十再将y进行坐标基础隔震结构进行振型分解，再用模态控制方法，对结构的第一振型进行控制。变换，y=[磊]·[]，带入式(2)，并在方程两侧1基础隔震结构的复振型分解及模态控制算法左乘[磊，又由于矩阵A，关于复振型正交，刚方棵解耦为：1．1基础隔震结构的复振型分解基础隔震结构的的运动方程为：1．[]{x}+【C】{X}+【]{X}=[人】{厂)一I-M]E~g+(1)采用复振型对运动方程进行分解，上式转化为状态方程H1，AY+BY=F(2)=[磊]F式中，A=[]；=[一]；这样可以得到2n个一阶方程组，F

5、=[]取状态方程右侧为+=77(4)收稿El期：2008—05—22作者简介：党育(1976一)，女，甘肃正宁人，副教授，博士研究生，研究方向为结构抗震，dangyu2000@sina．com。第4期党育等：智能隔震结构的模态控制式中，=a-lb；77=口[矿解得结构的响应，其中前n项为结构的位移响应，后n项为结构的速度响应。：口矿一口矿；口=；易=2数值分析算例f=a-lOAf=Lf。这样就把结构分解为n个单本文采用一个6层的隔震结构，计算参数【3】自由度的体系。为：上部结构各层质量mi=5897kg(

6、i=2，3，．．．6)；1．2模态控制算法上部结构的刚度ki(i=2⋯3．．6)=33732，29093，在模态控制中，仅控制有限的几个低模态响28621，24954及19059kN／m，上部各层的阻尼应，设受控的模态个数为P

7、05式中，(f)，Xr(t)分别为受控模态的位移和未控模2Ns／cm，=8．66N／cm，％=8．66N／cm，Vma=5。态的位移。因此，式(4)可重新写为：输入实际地震波Northridge，Sylmar360。，并将最大峰值调整为300cm／s，依据以上算法，ec+：77c只控制结构的第一振型，并取权重矩阵分别为对以上P个单自由度的结构，分别采用LQG方法0=1000×k1，R=I，得到结构响应如图1-2所示：求解控制力反馈增益矩，．f=-Kcec(6)式(6)为广义坐标下的控制力向量，再将广义坐标

8、gg下的控制力向量转化为几何坐标下的控制力向量：f=fc(7)I，，z=P式中，={(T)，>PITLLTcLc)～，