半主动变刚度控制.ppt

半主动变刚度控制减震原理 性能 计算分析方法及工程设计 半主动变刚度控制存在问题 工程实例 被动控制系统 激励反应 结构物 外部激励 反馈 缺点 控制效果有限 调节效果差 图1 被动控制系统 被动控制系统 激励反应 结构物 外部激励 反馈 缺点 图2 主动控制系统 传感器 控制器 传感器 大能量 技术复杂 可靠性和稳定性难保证 大功率的外部能源很难提供 前馈 被动控制系统 激励反应 结构物 外部激励 反馈 与主动控制区别 图3 半主动控制系统 传感器 控制器 传感器 小能量 不需要施加控制力的装置 只需要很少能量就能实现控制 前馈 图4 传统半主动变刚度控制装置 工作原理 首先将结构的反应反馈至控制器 控制器按照事先设定的控制算法并结合结构响应 判断半主动变刚度控制装置的刚度状态然后将控制信号发送至电液伺服阀并操纵电液伺服阀的开 关状态 以实现不同的变刚度状态 开 状态时电液伺服阀门关闭 双出杆活塞与与液压缸之间没有相对位移 斜撑的相对变形与结构层变形完全相同 此时给结构附加了斜撑的刚度 关 状态时电液伺服阀门打开 双出杆活塞与液压缸之间产生相对运动 液压缸一个油腔的压力升高 液体从压力高的油腔进入到压力低的油腔 两个油腔的压力差即为控制装置给结构提供的阻尼力 此时的半主动变刚度系统相当于普通的黏滞阻尼器 通过半主动变刚度控制的工作原理我们得出半主动控制的出发点与被动控制的相同 即通过改变结构动力特性减震 只不过半主动控制可根据反馈信息选择较优的动力特性参数 这又与主动控制相同 因此半主动变刚度控制兼具被动控制和主动控制的优点 即既具有被动控制系统的可靠性又具有主动控制系统的强适应性 而且装置简单 稳定 耗能小 经济 1 常规变刚度控制系统抑振频带窄 适用范围具有局限性 变刚度控制系统从动力学避免共振的角度出发 理论上可以获得很好的控制效果 但事实上由于结构的层间刚度一般较大 即使每层均补充刚度装置可以调整的频带宽度仍是极其有限的 因此减震效果也会受到极大限制 变刚度控制系统要取得明显的控制效果必须以具有足够的宽的可调频带为前提 但是事实上变刚度装置通常仅能在很小的频带范围内改变结构的周期 2 开关控制不利于抑制结构的加速度反应 在地震激励作用下 如果采用开关控制策略 变刚度控制系统抑制结构的位移反应通常效果比较好 但是对加速度反应的抑制则不理想 甚至是完全不利的 主要表现为采用开关控制策略之后 结构的层间位移尽管减小了 但是楼层加速度却明显增大 3 半主动变刚度控制属于一种适应性控制 在控制过程中控制机构必须不断的根据外荷载和响应的变化情况对刚度进行调整 存在控制时滞问题 1990年日本鹿岛公司在一栋三层钢结构办公楼上安装了6套半主动变刚度控制系统 以提高结构的抗震性能 这也是目前世界上唯一的半主动变刚度控制系统的工程应用实例 该建筑物面积为440平方米 如下图所示 它包括以下设施 传感器包括设置在底层的以及和各楼面的传感器 地震分析器 控制用计算机 一台能优化选择刚度的计算机 一台能改变支撑与梁连接条件的变刚度设备 一个能观测实际效果的测试系统 一个能供应上述设备