基于Benchmark模型结构的振动控制方法研究

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随着社会的发展和技术的进步,越来越多的高层建筑大量涌现出来,这大大缓解了城市用地紧张的问题。但是,由于我国地处地震多发区,随之而来的安全问题逐渐引起人们的关注。结构振动控制为结构抗震设计开辟了新途经,它改变了传统的单纯靠建筑结构自身性能抵御地震荷载的设计思想,通过在结构中附设减振装置来减小建筑结构的动力响应。以往的研究均采用各自的动力学模型针对各自的算例进行分析,各种方法缺乏一个统一的交流平台。本文在以往研究的基础上,以Benchmark模型作为研究对象对被动控制器的优化设计问题进行研究探讨。主要完成以下工作:   本文通过建立三维Benchmark基准模型的动力学模型,不仅考虑结构的侧向位移响应,还考虑结构的扭转响应,以位移减振指标R作为优化目标,通过遗传算法对各种阻尼控制器的参数进行优化设计。   首先,在频域内基于最优分布原理的全结构最优分布方法,通过遗传算法得到Benchmark模型的最优阻尼安装位置,然后对阻尼器的参数进行优化设计,并通过MATLAB工具对优化后的结构模型进行仿真分析对比其控制效果。通过算例表明:本文建议的方法不仅能有效地控制结构的位移响应,同时也能较好的控制结构的层间位移角,当阻尼器参数受限制或安装位置受限制,在符合我国规范要求的前提下对结构通过应用该方法可以设计出更经济更适用的阻尼器安装位置和参数。   基于三维Benchmark模型建立双向TMD结构动力学模型,通过遗传算法对TMD阻尼器的参数进行优化设计,并通过MATLAB工具对优化后的结构模型进行仿真分析对比其控制效果。为了完善TMD和阻尼控制体系,充分利用阻尼控制体系与TMD控制体系对结构控制的优势,尝试将两者联合起来进行混合控制。通过算例表明:双向TMD结构控制系统对结构具有较好的控制效果,通过阻尼器和TMD的混合控制,在具有同等控制效果的情况下,其所需要的TMD质量块的质量以及阻尼控制器的阻尼值均比阻尼控制体系或TMD控制体系的小,更方便TMD以及阻尼器的选择和安装,对提高高层建筑结构对地震作用的抗御能力具有重大的意义。   基于三维Benchmark模型建立MTMD-扭转控制的结构动力学模型,通过遗传算法对MTMD阻尼器的参数进行优化设计,并通过MATLAB工具对优化后的结构模型进行仿真分析并对比其控制效果。通过算例表明:通过布置MTMD控制系统,对建筑结构楼层的总体控制效果比单独布置TMD系统更有效,而且增强了结构的抗扭转性能,对于在一些平面布置极不规则的高层建筑结构具有重大的意义。  
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