大跨度斜拉桥地震振动半主动控制应用研究-固体力学专业论文.docx

大跨度斜拉桥地震振动半主动控制应用研究 摘 要 地震对人类社会造成的灾难性后果往往让人触目惊心 尽管自上世纪 70 年代初 结构控制开始受到各国学者的广泛重视 但是由于桥梁结构的几何形体 构造方式 动力行为及运营要求等方面与高耸房屋建筑结构有较大的差别 目前对于大跨度桥 梁结构的振动控制研究还远没有达到对其它建筑结构一样的研究程度 本文尝试以 磁流变阻尼器作为半主动控制装置对大跨度斜拉桥的地震振动进行控制 研究其控 制效果及工程可行性 具有重要的理论意义和工程实用价值 本文首先综述了结构振动控制及其在桥梁工程中的研究及应用概况 利用模糊 神经网络辨识磁流变阻尼器的动力特性 结合 LQG 和 Clipped-Optimal 理论 设计 半主动控制算法 以 Girardeau 大桥为例 分析所设计的控制算法的控制效果 最 后讨论了行波效应对控制方式的影响 本文主要做了以下工作 1. 基于模糊神经网络的磁流变阻尼器动力模型的建立 利用模糊神经网络对 MR 阻尼器进行结构动力辨识 识别出 MR 阻尼器的位移 速度 电压与阻尼力之 间的输入输出关系 有利于数值计算分析以及实时在线控制的实施 2. 大跨度斜拉桥动力时程分析 分析大跨度斜拉桥在建模方面应考虑的非线性因 素 对有限元模型以主从自由度的方式进行降阶处理 计算大跨度斜拉桥分别 在三条地震波作用下El Centro 波 Mexico City 波以及 Gezbe 波的结构反 应 作为桥梁结构振动控制分析的基础 3. 基于磁流变阻尼器的大跨度斜拉桥半主动控制算法设计 以现代控制理论为基 础 设计大跨度斜拉桥的理想主动控制算法 结合 Lyapunov 稳定性理论及 Clipped-Optimal 理论 设计基于磁流变阻尼器的半主动控制算法 4. 实例数值仿真分析 以 Girerdeau 大桥为例 设计可以反应控制效果的指标 分 析控制目标函数对控制效果的影响 得到合理有效的控制目标函数 分析磁流 变阻尼器对大跨度斜拉桥的振动控制效果 5. 考虑行波效应的大跨度斜拉桥半主动控制研究 推导大跨度斜拉桥多点激振的 动力方程 研究行波效应对大跨度斜拉桥的影响 设计理想主动控制及基于磁 流变阻尼器的半主动控制系统 分析行波效应对控制系统的影响 本文的分析结果表明 作为半主动控制装置 磁流变阻尼器可以取得和理想主 动控制大致相当的控制效果 而在目标函数选择不当的情况下 磁流变阻尼器比理 想主动控制系统表现出更强的适应性 另外 磁流变阻尼器在控制系统稳定性 能 源保障性以及温度适应性等方面具有独特的优点 因此是一种极具工程应用前景的 结构振动控制装置 关键词 大跨度斜拉桥 磁流变阻尼器 模糊神经网络 振动控制理论 行波效应 APPLICATION STUDY OF SEMI-ACTIVE CONTROL OF LARGE-SPAN CABLE-STAYED BRIDGE UNDER SEISMIC EXCITATIONS ABSTRACT Earthquake could bring tremendous disaster to human beings. Although as earlier as the beginning of 1970’ s, many efforts have been made in the area of structural control. The control of flexible bridge structures has not been studied to the extent as buildings have, because bridges are so different in geometric form, constructing method, dynamic behavior and operating demands to buildings. It is clearly that little expertise has been accumulated. In this paper, Magneto-rheological (MR) fluid dampers were selected as control devices to control the vibration of large-span cable-stayed bridge under seismic excitations. The solution to this problem is of great significance for both theory and practice. This paper first gave an over