周福霖院士报告.ppt

4. 混合控制技术(广州大学,哈工大,ARUP,广州市设计院) * * 广州新电视塔 工程特点 ●电视塔高610米， 450米的主塔和一个168的天线桅杆构成 总建筑面积10万平方米，结构总重量194000吨 是世界第一高塔? 成为广州市的标志性建筑。 ●椭圆型钢结构外筒－混凝土核心筒组成的斜柱框筒结构体系混合结构 ●结构底部和顶部轴心位置不重合 中轴线倾斜 ,结构非规则 ,平面和立面均扭转 对抗震设计提出更高要求 ●强风下,舒适度难充分保证(顶层观光车,蹦极跳) 在TMD 之上设置一小型AMD， 可调节并改善TMD的控制效果； 具备fail-safe特性,可靠性较好; 所需主动控制力较小； 主被动 混合 调谐质量阻尼器 * HMD * 广州新电视塔 HMD(TMD+AMD)总装图 * HMD振动控制试验概况 HMD混合控制 试验 * 永磁同步直线电机系统 试验 TMD导轨摩擦力仿真分析与试验结果 对比 * EI.centro波作用下摩擦力的仿真分析与试验结果对比 主动控制算法 研究 试验验证 1. 经典的 线性最优控制 H2/LQG 2. 多目标 鲁棒 H2/H∞ 控制 3. 传统 模糊控制 4. 自适应 神经模糊推理系统 * 1.经典的线性最优控制H2/LQG * YZ 结构 层间位移角、 绝对加速度、 TMD与AMD的冲程 X 结构 相对地面的 位移与速度 2. 多目标鲁棒H2/H∞控制算法 * 控制器： 等效的状态方程表示： 考虑结构的质量、刚度和阻尼同时具有不确定性 3. 传统模糊控制(FLC) * * 4. 自适应神经模糊推理系统 控制规则曲面 采用LQG控制的数据作为ANFIS的设计依据，完成控制器的训练和设计； 输入变量：TMD速度与绝对加速度； 输出变量：主动控制力 * 控制策略设计及 实验验证 典型地震波作用下不同控制器的减震效果 主被动混合控制的研究 应用效果 (1)HMD控制系统能进一步改善被动TMD控制的性能，同时显著试验也验证了基于直线电机的AMD不失为一种优良的控制装置。 (2)与传统LQG控制相比，鲁棒H2/H∞可兼顾控制性能与鲁棒稳定性,取得最好的控制效果；自适应神经模糊推理系统可以在一定程度上改善FLC的控制效果。 (3)减震效果: TMD 减震 15-30% 效果不够,经济,可靠 AMD 减震 30-60% 效果好,不经济,欠可靠 ● HMD 减震 25-50% 效果可以,经济,可靠 * 广州新电视塔 混合控制演示 * * 5.展望:隔震建筑的技术经济特点 隔震结构 对比 传统抗震结构： 1.大地震时安全:隔震结构地震反应降为 1/4-1/10 , （安全度提高4-10倍）超烈度大地震中成为安全岛 大震 不坏不倒,住几代人生命财产安全! 2.双保护对象,生命线工程: 保护结构,也保护室内设备仪器,使用功能不中断 3.结构在大震时基本保持弹性: 地震时结构基本保持弹性,保护非结构构件 4.建筑设计自由:适用于规则结构,也适用于非规则结构 平面不规则—学校,医院,住宅等 立面不规则—办公大楼,指挥中心,机场,车站等 5.耐久性好,使用壽命 长于 100 年 6.结构造价不高：?5%, 约 150-200元/M2 建筑面积 * 抗震,隔震减震技术 未来要求 (1)要求考虑突发强地震 确保安全, 要求强风时摆动少，充分满足舒适度 (2)高强轻质材料(高强混凝土,钢材)新体系采用 柱,梁→小 房屋→高层,超高层 结构跨度(桥)→特大跨度 仅靠加强刚度(风,地震)，效果差，不经济 (3)硬抗难解决,新途经--调整结构参数(T,ζ,M) --结构隔震减震控制 合理,有效,安全,经济. * 隔震减震技术 的 发展趋势和 展望 古代千年: 抗震结构（一般房屋及工程结构） 隔震结构 (庙宇等---地基灰砂层) 消能减震结构 (1000年应县木塔等--木斗拱 ) 近代100年:抗震结构（传统方法及改进） 隔震减震及控制结构（迅猛发展） 隔震减震技术 是40年来地震工程最重要成果之一 今后年代: 抗震结构 仍为主流结构, 但有时难满足要求 隔震, 减震 将逐步成为 准主流结构 之一 * The end Thanks! 谢