近断层地震下基于模糊控制的半主动隔震系统减震研究

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近年来,基础隔震已经成为对重要土木工程结构进行减震防护的重要措施。虽然阻尼器能够在强震中有效地降低隔震结构的基底位移,但是较大的被动阻尼力会使上部结构的振动响应出现明显放大的现象。而半主动控制作为一种智能控制策略,能够通过当前的结构响应实时调整输出阻尼力的大小,因此比传统的被动控制更具优越性。近断层地震动具有不同于远场地震动的地震形式和破坏方式,成为当今学者研究的热点。本文对近断层地震动及隔震结构进行了研究,提出了基于压电摩擦阻尼器的模糊控制策略,主要工作包括以下几个方面:(1)对近断层地震动的特征进行研究。在数据库中选取不同场地下的近断层地震动,并建立了不同场地下近断层地震动反应谱,生成不同场地下的人工近断层地震动。研究表明:近断层地震动的破裂向前方效应和滑冲效应导致近断层地震动具有明显的长周期速度脉冲,而且近断层地震动反应谱的特征周期及动力系数均大于远场地震,并且场地条件越软,特征周期和动力系数越大。(2)提出基于压电摩擦阻尼器的新型模糊控制器,该模糊控制应用多级式模糊控制策略,其中次级模糊控制器以隔震层的速度和位移为输入,以阻尼器的电压为输出;高级模糊控制器以地震动速度为输入,实时调整次级模糊控制的量化因子及比例因子,并采用遗传算法对高级模糊控制器的参数进行优化。(3)应用MATLAB软件,对一隔震结构进行数值模拟,并与最优半主动控制和被动控制的减震效果进行对比。研究结果表明,本文提出的模糊控制器能有效地降低隔震结构的基底位移和上部结构的加速度响应,并且对不同强度的地震动具有良好的适应性;对于具有不同隔震率的隔震结构以及在不同场地的近断层地震动下均能够起到良好的减震效果,解决了传统模糊控制由于单一固定的模糊论域而导致的适应性较差的问题。
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