結(jié)構(gòu)震動控制在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應用

1、H景囂隨瞧結(jié)構(gòu)震動控嗣在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應用◆文／董江峰豢鵬勞金箭何自強【摘要】中國是世界上地震災害嚴重的國家。土木工程結(jié)構(gòu)震動控制可以有效減輕結(jié)構(gòu)在風、地震等動力作用下的反應和損傷累積，是防災減災的有效方法。開展諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制等智能控制可以有效地解決高層建筑結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域中不確定系統(tǒng)的控制問題，達到對系統(tǒng)的最優(yōu)控制?！娟P(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)震動控制模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡高層建筑地震是與地球構(gòu)造密切相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。在地殼構(gòu)造運動中，發(fā)生較

2、劇烈的破壞運動時，引起地面震動，從而對各種類型的建筑物造成不同程度的破壞。在同等級災害地震事件中發(fā)達國家的死亡人數(shù)及其損失絕對額比發(fā)展中國家以及貧窮國家相對要少得多。這也體現(xiàn)了發(fā)達國家和發(fā)展中國家在建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標準、建筑結(jié)構(gòu)牢固結(jié)實程度、振動控制研究等方面投入的差別對比。中國是一個多地震的國家，有“地震國”之稱。然而我國建筑物的抗震能力在世界上尚屬于落后水平，有待進一步加強和提高。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和節(jié)約用地的需要，帶裙房的高層

3、建筑現(xiàn)在是我國的一種廣泛應用的建筑形式。如何提高帶裙房高層建筑的抗震性能已成為亟待解決的熱點問題之一。結(jié)構(gòu)振動控制是70年代發(fā)展起來的一門學科。它對結(jié)構(gòu)的動力反應和動力不穩(wěn)定性等振動現(xiàn)象加以控制使其在規(guī)定的范圍內(nèi)工作。它可以降低結(jié)構(gòu)的重量，改善結(jié)構(gòu)力學性能，提高結(jié)構(gòu)承載能力和可靠度。按照被控系統(tǒng)是否有外部能源輸入，結(jié)構(gòu)振動控制可分為被動控制、主動控制、混合控制和半主動控制四種：從研究和應用上大體又可分為基礎(chǔ)隔震、結(jié)構(gòu)被動耗能減振、結(jié)構(gòu)主

4、動／半主動控制和結(jié)構(gòu)智能控制。結(jié)構(gòu)智能控制包括采用智能裝置和智能控制算法兩種。采用諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制等智能控制算法為標志的結(jié)構(gòu)智能控制，不像主動控制那樣需要精確的結(jié)構(gòu)模型，而是采用智能控制算法來確定輸入信號或輸出反饋與控制增益的關(guān)系。模糊算法主要通過狀態(tài)輸出和控制輸入的模糊控制規(guī)律來實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)或控制。模糊理論是由著名控制論學者Zadeh在1965年的一篇名為“模糊集合”的文章中創(chuàng)立的。上世紀70年代繼續(xù)發(fā)展。到80年代出現(xiàn)大

5、規(guī)模應用。模糊控制作為控制理論的一個重要分支可將人類的主觀經(jīng)驗和直覺納入控制系統(tǒng)，為解決不易或無法建模的復雜系統(tǒng)控制問題提供了有力的手段。它的基本目的是從系統(tǒng)的功能和整體優(yōu)化的角度來分析和綜合系統(tǒng)，以實現(xiàn)預定的目標。目前模糊控制應用在結(jié)構(gòu)控制中已初見成效。1999年。Michael等人在橋梁結(jié)構(gòu)的半主動隔震方案中，應用模糊算法控制主動阻尼器，取得了良好的控制效果。2002年王剛和歐進萍針對1：10的導管架式海洋平臺結(jié)構(gòu)模型，采用磁流變阻

6、尼控制裝置實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)振動模糊控制的地震模擬振動臺試驗。神經(jīng)網(wǎng)絡是利用物理器件來模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡的某些結(jié)構(gòu)和功能，其基礎(chǔ)在于神經(jīng)元。大量的形式相同的神經(jīng)元一起構(gòu)成了神經(jīng)網(wǎng)絡它是一個高度非線性動力學系統(tǒng)可以表達實際物理世界的各種現(xiàn)象。神經(jīng)網(wǎng)絡模型就是以神經(jīng)元的數(shù)學模型為基礎(chǔ)來描述的。在結(jié)構(gòu)控制的研究課題中，地震波的隨機性使系統(tǒng)帶有不確定性。利用神經(jīng)網(wǎng)絡的學習能力，使得它在對不確定性系統(tǒng)的控制過程中自動學習系統(tǒng)的特性從而自動適應系統(tǒng)隨時間的特

7、性變異，從而可以達到對系統(tǒng)的最優(yōu)控制。在神經(jīng)網(wǎng)絡控制器進行具體設(shè)計時，可以采用改進的BP神經(jīng)網(wǎng)絡，提高網(wǎng)絡訓練的速度和精度。高層建筑是指10層及l(fā)O層以上的住宅和25m高度左右以上的建筑。帶裙房高層結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是在主樓和群房之間安裝了磁流變阻尼器即MR阻尼器作為系統(tǒng)的作動器。MR變阻尼器是利用近年來出現(xiàn)的智能材料磁流變液的一些特殊特性實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)施加不同控制里以達到控制的效果。在磁場作用下磁流變液可以在毫秒級的時間內(nèi)快速地由流動性良好的牛

8、頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦唣ざ取⒌土鲃有缘腷in曲鋤塑性固體。同時，這一過程又是可逆的，在撤去磁場后馬上又恢復流動性。這種轉(zhuǎn)換使得材料的流變性、磁化性、導電性、傳熱性，以及其它的機械性能和物理學性能都發(fā)生顯著的改變。液體和固體的轉(zhuǎn)換是可逆的可控的，并且這種轉(zhuǎn)換的能量消耗低、溫度穩(wěn)定、安全可靠。使用磁流變液制作的阻尼器可以通過改變磁場的強弱來控制其對結(jié)構(gòu)所施加力的大小，因此成為結(jié)構(gòu)振動控制領(lǐng)域研究的一個熱點。當?shù)卣饡r，建筑物偏離平衡位置，主樓和群房之

9、間產(chǎn)生往復的相對變形或相對速度，這些變化量經(jīng)過處理后輸入控制器，控制器依據(jù)一定的控制策略對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號來改變作動器的磁場的大小。使磁流變液的剪切屈服應力發(fā)生變化，以達到控制建筑結(jié)構(gòu)的目的。在沒有地震的時候結(jié)構(gòu)處于平衡位置控制器只起監(jiān)視和信號動態(tài)顯示作用，對執(zhí)行機構(gòu)不發(fā)任何控制命令信號。結(jié)構(gòu)振動控制在近年來發(fā)展很快，但畢竟還是一門發(fā)展中的學科，諸多問題的研究尚處于起步階段，需要進一步優(yōu)化和解決。參考文獻LaIlraMJallsen

10、，SⅢeyJ腳keSeIIli—ac曲eco腑ols吐ate釃forMRD枷perS：comparadves七IldyJoumalofEngilleedngMechanics，2000，8，126(8)：795—803【2】SbjuErH啪g，RueJ崦Li扎AconlbiIladonof缸Zy10西ca11dneuralnecworkcon吐onerform試印k—i11pmm111dpk—ou中utsysteIllsIn—tem城o

11、nalJollr】flalofsysteIIlsScience，2000，3l(3)：343—357【3】陳靜結(jié)構(gòu)振動邏輯控帝3北京：國防工業(yè)出版社，2005(作者單位系寧波大學建筑工程與環(huán)境學院土木工程專業(yè))一181—萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)陽工程劇與管理IiTIOII唱申拿拿翁.~4←.結(jié)掏震動搖嗣在商層囂.結(jié)掏申副應用?~董懷悻暴鵬f合箭何自薇摘要l中國是世界上地震災害嚴重的國家。土木工程結(jié)構(gòu)震動控制可以有效減輕結(jié)構(gòu)在風、地震等動力作用下

12、的反應和損傷累積，是防災減災的有效方法。開展諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制等智能控制可以有效地解決高層建筑結(jié)構(gòu)技制領(lǐng)城中不確定系統(tǒng)的控制問題，達到對系統(tǒng)的最優(yōu)控制。[關(guān)鍵詞]結(jié)構(gòu)震動控制模糊拔制神經(jīng)網(wǎng)絡高層建筑地震是與地球構(gòu)造密切相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。在地殼構(gòu)造運動中，發(fā)生較劇烈的破壞運動時，引起地面震動，從而對各種類型的建筑物造成不同程度的破壞。在同等級災害地震事件中，發(fā)達國家的死亡人數(shù)及其損失絕對額比發(fā)展中國家以及貧窮國家相對要少得多。這

13、也體現(xiàn)了發(fā)達國家和發(fā)展中國家在建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標準、建筑結(jié)構(gòu)牢固結(jié)實程度、振動控制研究等方面投入的差別對比。中國是一個多地震的國家，有“地震國“之稱。然而我國建筑物的抗震能力在世界上尚屬于落后水平，有待進一步加強和提高。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和節(jié)約用地的需要，帶裙房的高層建筑現(xiàn)在是我國的一種廣泛應用的建筑形式。如何提高帶裙房高層建筑的抗震性能已成為亟待解決的熱點問題之一。結(jié)構(gòu)振動控制是70年代發(fā)展起來的一門學科，它對結(jié)構(gòu)的動力反應和動力

14、不穩(wěn)定性等振動現(xiàn)象加以控制，使其在規(guī)定的范圍內(nèi)工作。官可以降低結(jié)構(gòu)的重量，改善結(jié)構(gòu)力學性能，提高結(jié)構(gòu)承載能力和可靠度。按照被控系統(tǒng)是否有外部能源輸入，結(jié)構(gòu)振動控制可分為被動控制、主動控制、混合控制和半主動控制四種:從研究和應用上大體又可分為基礎(chǔ)隔震、結(jié)構(gòu)被動耗能減振、結(jié)構(gòu)主動半主動控制和結(jié)構(gòu)智能控制。結(jié)構(gòu)智能控制包括采用智能裝置和智能控制算法兩種。采用諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制等智能控制算法為標志的結(jié)構(gòu)智能控制，不像主動控制那樣曾要精確

15、的結(jié)構(gòu)模型，而是采用智能控制算法來確定輸入信號或輸出反饋與控制增益的關(guān)系。模糊算法主要通過狀態(tài)輸出和控制輸入的模糊控制規(guī)律來實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)或控制。模糊理論是由著名控制論學者Zadeh在1%5年的一篇名為“模糊集合“的文章中創(chuàng)立的。上世紀70年代繼續(xù)發(fā)展，到80年代出現(xiàn)大規(guī)模應用。模糊控制作為控制理論的一個重要分支可將人類的主觀經(jīng)驗和直覺納入控制系統(tǒng)，為解決不易或無法建模的復雜系統(tǒng)控制問題提供了有力的手段。它的基本目的是從系統(tǒng)的功能和整體

16、優(yōu)化的角度來分析和綜合系統(tǒng)，以實現(xiàn)預定的目標。目前模糊控制應用在結(jié)構(gòu)控制中已初見成效。1999年.Michael等人在橋梁結(jié)構(gòu)的半主動隔震方案中，應用模糊算法控制主動阻尼器，取得了良好的控制效果。2∞2年，玉剛和歐進JII針對1:10的導管架式海洋平臺結(jié)構(gòu)模型，采用磁流變阻尼控制裝置，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)振動模糊控制的地震模擬振動臺試驗。神經(jīng)網(wǎng)絡是利用物理器件來模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡的某些結(jié)構(gòu)和功能，其基礎(chǔ)在于神經(jīng)元。大量的形式相同的神經(jīng)元一起構(gòu)成了神

17、經(jīng)網(wǎng)絡，它是一個高度非線性動力學系統(tǒng)，可以表達實際物理世界的各種現(xiàn)象。神經(jīng)網(wǎng)絡模型就是以神經(jīng)元的數(shù)學模型為基礎(chǔ)來描述的。在結(jié)構(gòu)控制的研究課題中，地震波的隨機性使系統(tǒng)帶有不確定性。利用神經(jīng)網(wǎng)絡的學習能力，使得它在對不確定性系統(tǒng)的控制過程中自動學習系統(tǒng)的特性，從而自動適應系統(tǒng)隨時間的特性變異，從而可以達到對系統(tǒng)的最優(yōu)控制。在神經(jīng)網(wǎng)絡控制器進行具體設(shè)計時，可以采用改進的BP神經(jīng)網(wǎng)絡，提高網(wǎng)絡訓練的速度和精度。高層建筑是指10層及10層以上的住

18、宅和25m離度左右以上的建筑。帶裙房高層結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是在主樓和群房之間安裝了磁流變阻尼器即MR阻尼器作為系統(tǒng)的作動器。MR變阻尼器是利用近年來出現(xiàn)的智能材料磁流變液的一些特殊待性實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)施加不同控制里以達到控制的效果。在磁場作用下，磁流變液可以在毫秒級的時間內(nèi)快速地由流動性良好的牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝露?、低流動性的bingham塑性固體。同時，這一過程又是可逆的，在搬去磁場后馬上又恢復流動性。這種轉(zhuǎn)換使得材料的流變性、磁化性、導電性、傳熱

19、性，以及其它的機械性能和物理學性能都發(fā)生顯著的改變。液體和團體的轉(zhuǎn)換是可逆的，可控的，并且這種轉(zhuǎn)換的能量消耗低、溫度穩(wěn)定、安全可靠。使用磁流變液制作的阻尼器可以通過改變磁場的強弱來控制其對結(jié)構(gòu)所施加力的大小，因此成為結(jié)構(gòu)振動控制領(lǐng)域研究的一個熱點。當?shù)卣饡r，建筑物偏離平衡位置，主樓和群房之間產(chǎn)生往復的相對變形或相對速度，這些變化量經(jīng)過處理后輸入控制器，控制器依據(jù)定的控制策略對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號來改變作動器的磁場的大小，使磁流變液的剪切

20、屈服應力發(fā)生變化，以達到控制建筑結(jié)構(gòu)的目的。在沒有地震的時候，結(jié)構(gòu)處于平衡位置，控制器只起監(jiān)視和信號動態(tài)顯示作用，對執(zhí)行機構(gòu)不發(fā)任何控制命令信號。結(jié)構(gòu)振動控制在近年來發(fā)展很快但畢竟還是一門發(fā)展中的學科，諸多問題的研究尚處于起步階段，需要進一步優(yōu)化和解決。參考文獻[1]LauraM.Jansen.ShirleyJ.Dyke.Semiactivecontrolstrat砸自fMRDampers:compara目vestudy.Journal

21、ofEngineeringMechanics.20008126(8):795803[2]ShiuErHuangRueJingLian.Acombinationoffuzzylogicneuralwkcontrollerfmultipleinputmultipleoutputsysterns.IntemationalJ0町nalofSysternsScience200031(3):343357[3]陳靜.結(jié)構(gòu)振動邏輯控制北京國防工業(yè)出版社

22、，2005(作者單位系寧波大學建筑工程與環(huán)搜學院土木工程專業(yè))181H景囂隨瞧結(jié)構(gòu)震動控嗣在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應用◆文／董江峰豢鵬勞金箭何自強【摘要】中國是世界上地震災害嚴重的國家。土木工程結(jié)構(gòu)震動控制可以有效減輕結(jié)構(gòu)在風、地震等動力作用下的反應和損傷累積，是防災減災的有效方法。開展諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制等智能控制可以有效地解決高層建筑結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域中不確定系統(tǒng)的控制問題，達到對系統(tǒng)的最優(yōu)控制。【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)震動控制模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡高層

23、建筑地震是與地球構(gòu)造密切相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。在地殼構(gòu)造運動中，發(fā)生較劇烈的破壞運動時，引起地面震動，從而對各種類型的建筑物造成不同程度的破壞。在同等級災害地震事件中發(fā)達國家的死亡人數(shù)及其損失絕對額比發(fā)展中國家以及貧窮國家相對要少得多。這也體現(xiàn)了發(fā)達國家和發(fā)展中國家在建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標準、建筑結(jié)構(gòu)牢固結(jié)實程度、振動控制研究等方面投入的差別對比。中國是一個多地震的國家，有“地震國”之稱。然而我國建筑物的抗震能力在世界上尚屬于落后水平，有

24、待進一步加強和提高。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和節(jié)約用地的需要，帶裙房的高層建筑現(xiàn)在是我國的一種廣泛應用的建筑形式。如何提高帶裙房高層建筑的抗震性能已成為亟待解決的熱點問題之一。結(jié)構(gòu)振動控制是70年代發(fā)展起來的一門學科。它對結(jié)構(gòu)的動力反應和動力不穩(wěn)定性等振動現(xiàn)象加以控制使其在規(guī)定的范圍內(nèi)工作。它可以降低結(jié)構(gòu)的重量，改善結(jié)構(gòu)力學性能，提高結(jié)構(gòu)承載能力和可靠度。按照被控系統(tǒng)是否有外部能源輸入，結(jié)構(gòu)振動控制可分為被動控制、主動控制、混合控制和半主動控

25、制四種：從研究和應用上大體又可分為基礎(chǔ)隔震、結(jié)構(gòu)被動耗能減振、結(jié)構(gòu)主動／半主動控制和結(jié)構(gòu)智能控制。結(jié)構(gòu)智能控制包括采用智能裝置和智能控制算法兩種。采用諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制等智能控制算法為標志的結(jié)構(gòu)智能控制，不像主動控制那樣需要精確的結(jié)構(gòu)模型，而是采用智能控制算法來確定輸入信號或輸出反饋與控制增益的關(guān)系。模糊算法主要通過狀態(tài)輸出和控制輸入的模糊控制規(guī)律來實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)或控制。模糊理論是由著名控制論學者Zadeh在1965年的一篇名為

26、“模糊集合”的文章中創(chuàng)立的。上世紀70年代繼續(xù)發(fā)展。到80年代出現(xiàn)大規(guī)模應用。模糊控制作為控制理論的一個重要分支可將人類的主觀經(jīng)驗和直覺納入控制系統(tǒng)，為解決不易或無法建模的復雜系統(tǒng)控制問題提供了有力的手段。它的基本目的是從系統(tǒng)的功能和整體優(yōu)化的角度來分析和綜合系統(tǒng)，以實現(xiàn)預定的目標。目前模糊控制應用在結(jié)構(gòu)控制中已初見成效。1999年。Michael等人在橋梁結(jié)構(gòu)的半主動隔震方案中，應用模糊算法控制主動阻尼器，取得了良好的控制效果。200

27、2年王剛和歐進萍針對1：10的導管架式海洋平臺結(jié)構(gòu)模型，采用磁流變阻尼控制裝置實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)振動模糊控制的地震模擬振動臺試驗。神經(jīng)網(wǎng)絡是利用物理器件來模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡的某些結(jié)構(gòu)和功能，其基礎(chǔ)在于神經(jīng)元。大量的形式相同的神經(jīng)元一起構(gòu)成了神經(jīng)網(wǎng)絡它是一個高度非線性動力學系統(tǒng)可以表達實際物理世界的各種現(xiàn)象。神經(jīng)網(wǎng)絡模型就是以神經(jīng)元的數(shù)學模型為基礎(chǔ)來描述的。在結(jié)構(gòu)控制的研究課題中，地震波的隨機性使系統(tǒng)帶有不確定性。利用神經(jīng)網(wǎng)絡的學習能力，使得它在對

28、不確定性系統(tǒng)的控制過程中自動學習系統(tǒng)的特性從而自動適應系統(tǒng)隨時間的特性變異，從而可以達到對系統(tǒng)的最優(yōu)控制。在神經(jīng)網(wǎng)絡控制器進行具體設(shè)計時，可以采用改進的BP神經(jīng)網(wǎng)絡，提高網(wǎng)絡訓練的速度和精度。高層建筑是指10層及l(fā)O層以上的住宅和25m高度左右以上的建筑。帶裙房高層結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是在主樓和群房之間安裝了磁流變阻尼器即MR阻尼器作為系統(tǒng)的作動器。MR變阻尼器是利用近年來出現(xiàn)的智能材料磁流變液的一些特殊特性實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)施加不同控制里以達到控制的

29、效果。在磁場作用下磁流變液可以在毫秒級的時間內(nèi)快速地由流動性良好的牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦唣ざ取⒌土鲃有缘腷in曲鋤塑性固體。同時，這一過程又是可逆的，在撤去磁場后馬上又恢復流動性。這種轉(zhuǎn)換使得材料的流變性、磁化性、導電性、傳熱性，以及其它的機械性能和物理學性能都發(fā)生顯著的改變。液體和固體的轉(zhuǎn)換是可逆的可控的，并且這種轉(zhuǎn)換的能量消耗低、溫度穩(wěn)定、安全可靠。使用磁流變液制作的阻尼器可以通過改變磁場的強弱來控制其對結(jié)構(gòu)所施加力的大小，因此成為結(jié)構(gòu)振

30、動控制領(lǐng)域研究的一個熱點。當?shù)卣饡r，建筑物偏離平衡位置，主樓和群房之間產(chǎn)生往復的相對變形或相對速度，這些變化量經(jīng)過處理后輸入控制器，控制器依據(jù)一定的控制策略對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號來改變作動器的磁場的大小。使磁流變液的剪切屈服應力發(fā)生變化，以達到控制建筑結(jié)構(gòu)的目的。在沒有地震的時候結(jié)構(gòu)處于平衡位置控制器只起監(jiān)視和信號動態(tài)顯示作用，對執(zhí)行機構(gòu)不發(fā)任何控制命令信號。結(jié)構(gòu)振動控制在近年來發(fā)展很快，但畢竟還是一門發(fā)展中的學科，諸多問題的研究尚處于

31、起步階段，需要進一步優(yōu)化和解決。參考文獻LaIlraMJallsen，SⅢeyJ腳keSeIIli—ac曲eco腑ols吐ate釃forMRD枷perS：comparadves七IldyJoumalofEngilleedngMechanics，2000，8，126(8)：795—803【2】SbjuErH啪g，RueJ崦Li扎AconlbiIladonof缸Zy10西ca11dneuralnecworkcon吐onerform試印k—i

32、11pmm111dpk—ou中utsysteIllsIn—tem城onalJollr】flalofsysteIIlsScience，2000，3l(3)：343—357【3】陳靜結(jié)構(gòu)振動邏輯控帝3北京：國防工業(yè)出版社，2005(作者單位系寧波大學建筑工程與環(huán)境學院土木工程專業(yè))一181—萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)陽工程劇與管理IiTIOII唱申拿拿翁.~4←.結(jié)掏震動搖嗣在商層囂.結(jié)掏申副應用?~董懷悻暴鵬f合箭何自薇摘要l中國是世界上地震災害嚴

33、重的國家。土木工程結(jié)構(gòu)震動控制可以有效減輕結(jié)構(gòu)在風、地震等動力作用下的反應和損傷累積，是防災減災的有效方法。開展諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制等智能控制可以有效地解決高層建筑結(jié)構(gòu)技制領(lǐng)城中不確定系統(tǒng)的控制問題，達到對系統(tǒng)的最優(yōu)控制。[關(guān)鍵詞]結(jié)構(gòu)震動控制模糊拔制神經(jīng)網(wǎng)絡高層建筑地震是與地球構(gòu)造密切相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。在地殼構(gòu)造運動中，發(fā)生較劇烈的破壞運動時，引起地面震動，從而對各種類型的建筑物造成不同程度的破壞。在同等級災害地震事件中，發(fā)達

34、國家的死亡人數(shù)及其損失絕對額比發(fā)展中國家以及貧窮國家相對要少得多。這也體現(xiàn)了發(fā)達國家和發(fā)展中國家在建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標準、建筑結(jié)構(gòu)牢固結(jié)實程度、振動控制研究等方面投入的差別對比。中國是一個多地震的國家，有“地震國“之稱。然而我國建筑物的抗震能力在世界上尚屬于落后水平，有待進一步加強和提高。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和節(jié)約用地的需要，帶裙房的高層建筑現(xiàn)在是我國的一種廣泛應用的建筑形式。如何提高帶裙房高層建筑的抗震性能已成為亟待解決的熱點問題之一

35、。結(jié)構(gòu)振動控制是70年代發(fā)展起來的一門學科，它對結(jié)構(gòu)的動力反應和動力不穩(wěn)定性等振動現(xiàn)象加以控制，使其在規(guī)定的范圍內(nèi)工作。官可以降低結(jié)構(gòu)的重量，改善結(jié)構(gòu)力學性能，提高結(jié)構(gòu)承載能力和可靠度。按照被控系統(tǒng)是否有外部能源輸入，結(jié)構(gòu)振動控制可分為被動控制、主動控制、混合控制和半主動控制四種:從研究和應用上大體又可分為基礎(chǔ)隔震、結(jié)構(gòu)被動耗能減振、結(jié)構(gòu)主動半主動控制和結(jié)構(gòu)智能控制。結(jié)構(gòu)智能控制包括采用智能裝置和智能控制算法兩種。采用諸如模糊控制和神經(jīng)

36、網(wǎng)絡控制等智能控制算法為標志的結(jié)構(gòu)智能控制，不像主動控制那樣曾要精確的結(jié)構(gòu)模型，而是采用智能控制算法來確定輸入信號或輸出反饋與控制增益的關(guān)系。模糊算法主要通過狀態(tài)輸出和控制輸入的模糊控制規(guī)律來實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)或控制。模糊理論是由著名控制論學者Zadeh在1%5年的一篇名為“模糊集合“的文章中創(chuàng)立的。上世紀70年代繼續(xù)發(fā)展，到80年代出現(xiàn)大規(guī)模應用。模糊控制作為控制理論的一個重要分支可將人類的主觀經(jīng)驗和直覺納入控制系統(tǒng)，為解決不易或無法建模

37、的復雜系統(tǒng)控制問題提供了有力的手段。它的基本目的是從系統(tǒng)的功能和整體優(yōu)化的角度來分析和綜合系統(tǒng)，以實現(xiàn)預定的目標。目前模糊控制應用在結(jié)構(gòu)控制中已初見成效。1999年.Michael等人在橋梁結(jié)構(gòu)的半主動隔震方案中，應用模糊算法控制主動阻尼器，取得了良好的控制效果。2∞2年，玉剛和歐進JII針對1:10的導管架式海洋平臺結(jié)構(gòu)模型，采用磁流變阻尼控制裝置，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)振動模糊控制的地震模擬振動臺試驗。神經(jīng)網(wǎng)絡是利用物理器件來模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡的

38、某些結(jié)構(gòu)和功能，其基礎(chǔ)在于神經(jīng)元。大量的形式相同的神經(jīng)元一起構(gòu)成了神經(jīng)網(wǎng)絡，它是一個高度非線性動力學系統(tǒng)，可以表達實際物理世界的各種現(xiàn)象。神經(jīng)網(wǎng)絡模型就是以神經(jīng)元的數(shù)學模型為基礎(chǔ)來描述的。在結(jié)構(gòu)控制的研究課題中，地震波的隨機性使系統(tǒng)帶有不確定性。利用神經(jīng)網(wǎng)絡的學習能力，使得它在對不確定性系統(tǒng)的控制過程中自動學習系統(tǒng)的特性，從而自動適應系統(tǒng)隨時間的特性變異，從而可以達到對系統(tǒng)的最優(yōu)控制。在神經(jīng)網(wǎng)絡控制器進行具體設(shè)計時，可以采用改進的BP神

39、經(jīng)網(wǎng)絡，提高網(wǎng)絡訓練的速度和精度。高層建筑是指10層及10層以上的住宅和25m離度左右以上的建筑。帶裙房高層結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是在主樓和群房之間安裝了磁流變阻尼器即MR阻尼器作為系統(tǒng)的作動器。MR變阻尼器是利用近年來出現(xiàn)的智能材料磁流變液的一些特殊待性實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)施加不同控制里以達到控制的效果。在磁場作用下，磁流變液可以在毫秒級的時間內(nèi)快速地由流動性良好的牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝露?、低流動性的bingham塑性固體。同時，這一過程又是可逆的，在搬去磁

40、場后馬上又恢復流動性。這種轉(zhuǎn)換使得材料的流變性、磁化性、導電性、傳熱性，以及其它的機械性能和物理學性能都發(fā)生顯著的改變。液體和團體的轉(zhuǎn)換是可逆的，可控的，并且這種轉(zhuǎn)換的能量消耗低、溫度穩(wěn)定、安全可靠。使用磁流變液制作的阻尼器可以通過改變磁場的強弱來控制其對結(jié)構(gòu)所施加力的大小，因此成為結(jié)構(gòu)振動控制領(lǐng)域研究的一個熱點。當?shù)卣饡r，建筑物偏離平衡位置，主樓和群房之間產(chǎn)生往復的相對變形或相對速度，這些變化量經(jīng)過處理后輸入控制器，控制器依據(jù)定的控制

41、策略對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號來改變作動器的磁場的大小，使磁流變液的剪切屈服應力發(fā)生變化，以達到控制建筑結(jié)構(gòu)的目的。在沒有地震的時候，結(jié)構(gòu)處于平衡位置，控制器只起監(jiān)視和信號動態(tài)顯示作用，對執(zhí)行機構(gòu)不發(fā)任何控制命令信號。結(jié)構(gòu)振動控制在近年來發(fā)展很快但畢竟還是一門發(fā)展中的學科，諸多問題的研究尚處于起步階段，需要進一步優(yōu)化和解決。參考文獻[1]LauraM.Jansen.ShirleyJ.Dyke.Semiactivecontrolstrat砸自

42、fMRDampers:compara目vestudy.JournalofEngineeringMechanics.20008126(8):795803[2]ShiuErHuangRueJingLian.Acombinationoffuzzylogicneuralwkcontrollerfmultipleinputmultipleoutputsysterns.IntemationalJ0町nalofSysternsScience20003