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山区高速公路连续梁桥智能磁流变阻尼器减震控制研究

作　者: 刘朝晖
导　师: 李德建
学　校: 中南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 预应力钢筋混凝土连续梁桥磁流变阻尼器振动控制控制算法仿真分析
分类号: U442.55
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

预应力钢筋混凝土连续梁桥是山区高速公路上常见的一种桥型,作为山区与外界联系的交通枢纽和生命线工程,其抗震性能一直是工程界关注的焦点。5.12汶川大地震的灾难性后果表明,山区高速公路桥梁的抗震性能关系到灾区抗震抢险能否顺利开展和灾后重建能否顺利进行,其重要性不言而喻。本文以山区高速公路上一座预应力钢筋混凝土连续梁桥—七方桥为工程背景,在桥梁结构纵向地震反应控制和各种算法减震控制效果的比较等方面做了一些工作,主要包括以下几个方面:1.综述国内外结构振动控制现状,详细介绍结构振动控制的发展历史、基本概念、研究应用情况,特别是桥梁工程中振动控制的现状。比较各类控制方法的优缺点,阐述采用智能磁流变阻尼器的半主动减震控制的优越性。2.为了更精确更方便地模拟磁流变阻尼器在桥梁上的减震效果,必须建立或寻求一个能较好地反映磁流变阻尼器强非线性特性的力学模型。总结前人对磁流变阻尼器力学性能和基于实验提出的力学模型的研究,选择介绍了具有代表性的Bingham模型、修正的Bingham模型、Bouc-Wen模型、现象模型,并用SIMULINK对Bingham模型进行了仿真分析,为合理选取本文采用的模型提供依据。3.对于超长联连续梁桥的地震反应,基于一致地面激励建立经典的运动方程已不再适用。本文建立并推导了地震动多点输入下的桥梁结构半主动控制系统运动方程,通过引入状态向量,推导了控制系统的状态方程。与此同时,讨论了质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵的选取,地震动的输入;介绍了结构主动最优控制算法以及磁流变半主动控制算法。为后续工作奠定理论基础。4.为探讨高速公路桥梁地震反应智能磁流变控制效果,将无控与被动控制(passive-off控制及passive-on控制)、智能磁流变半主动控制、主动控制的减震控制效果进行对比分析,得出智能磁流变半主动控制的特点和优越性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-21
  1.1 引言  8-9
  1.2 结构振动控制研究的历史及现状  9-17
    1.2.1 结构振动控制概述  9-10
    1.2.2 结构振动控制的基本概念和分类  10-12
    1.2.3 结构振动控制的研究现状  12-17
      1.2.3.1 被动控制  12-13
      1.2.3.2 主动控制  13-15
      1.2.3.3 半主动控制  15-16
      1.2.3.4 混合控制  16-17
      1.2.3.5 智能控制  17
  1.3 桥梁工程减震控制及智能磁流变半主动控制的优越性  17-19
  1.4 本文研究的主要内容  19-21
第二章磁流变阻尼器力学模型及其Simulink仿真  21-34
  2.1 引言  21-22
  2.2 磁流变阻尼器的计算模型  22-29
    2.2.1 磁流变液的本构关系  22-23
    2.2.2 磁流变阻尼器阻尼力计算模型  23-29
  2.3 Simulink功能简介  29-30
  2.4 磁流变阻尼器Bingham模型及其SIMULINK仿真分析  30-32
  2.5 小结  32-34
第三章地震动多点输入下桥梁地震反应半主动控制理论  34-47
  3.1 地震动多点输入下桥梁半主动控制计算方法  34-41
    3.1.1 地震动多点输入下桥梁半主动控制动力方程  34-36
    3.1.2 地震作用下结构动态系统状态空间描述  36-38
    3.1.3 质量矩阵的处理  38
    3.1.4 阻尼矩阵的处理  38-40
    3.1.5 刚度矩阵的处理  40
    3.1.6 地震动的输入  40-41
  3.2 结构振动的主动最优控制算法—LQR  41-43
  3.3 结构振动的半主动控制算法  43-46
    3.3.1 半主动控制算法的一般形式  43-45
    3.3.2 半主动磁流变控制算法  45-46
  3.4 小结  46-47
第四章七方桥大桥地震反应的智能磁流变控制  47-63
  4.1 工程实例概况  47
  4.2 桥梁结构—MR阻尼器控制系统的Matlab实现  47-57
    4.2.1 桥梁有限元模型的建立和模态分析  47-50
    4.2.2 控制模型的建立  50-52
    4.2.3 地震动的输入  52-54
    4.2.4 磁流变阻尼器的安装位置  54-55
    4.2.5 最优控制力的确定  55
    4.2.6 磁流变阻尼器的模型和控制算法(工况)的确定  55-57
  4.3 仿真分析  57-62
    4.3.1 减震效果评价指标  57
    4.3.2 计算结果  57-61
    4.3.3 不同控制算法结果分析  61-62
  4.4 小结  62-63
第五章结论与展望  63-66
  5.1 研究总结  63-65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间主要的研究成果  71

山区高速公路连续梁桥智能磁流变阻尼器减震控制研究

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