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原文传递摇摆柱减振及其控制方法研究

论文题名：	摇摆柱减振及其控制方法研究
关键词：	桥墩结构;摇摆柱;减震性能;被动控制
摘要：	在桥梁结构中，桥墩作为桥梁结构的重要组成构件，它的主要功能是承受上部结构传来的荷载，并通过基础将此荷载传递到地基上。地震发生时，如果桥墩结构的横向位移过大将会导致桥梁结构的整体破坏。为了解决这个难题，作者基于结构振动控制的原理提出了摇摆柱耗能装置来改善桥墩结构的横向移动刚度和耗能能力，从而有效的保护桥梁结构在外部激励荷载作用下免遭破坏。　　土木工程振动控制理论是继传统的抗震设计方法之后而发展起来的，它的主要控制思想是利用控制装置产生控制力去抵抗结构的振动响应。结构振动控制根据控制装置输出控制力的方式不同主要分为主动控制、智能控制和被动控制等。每一种控制方法都有其各自的特点，本文将从被动控制、主动控制和智能控制三个方面对摇摆柱装置的耗能减震性能进行研究。为了建立桥墩结构的运动方程，利用学者K.Seto提出的“低元化模态模型”理论来建立桥墩结构的振动控制模型，然后运用相关的动力学建模方法建立了带有摇摆柱装置的桥墩结构的动力学方程。本文的主要研究内容如下：　　首先，对摇摆柱装置进行主动控制的研究。利用主动控制算法（LQR算法）设计摇摆柱装置中的制动器。然后对带有摇摆柱装置的桥墩结构在地震波作为外部激励荷载的工况下进行动力分析和对摇摆柱的减震机理进行详细的分析。通过设计的案例分析可知，摇摆柱装置能够减震的原因是它提供了附加刚度和附加阻尼给建筑结构。　　其次，为了克服主动控制方法中需要消耗大量外部电源的缺点，利用模糊逻辑算法设计设计了一个电流控制器，然后把摇摆柱装置中的制动器替换为磁流变阻尼器对桥墩结构进行智能控制。通过对案例的分析可知，从耗能性和减震率等方面的综合因素分析，摇摆柱装置在模糊控制下的耗能减震性能优于主动控制的减震性能。　　最后，总结了摇摆柱装置在利用主动控制和智能控制的优缺点后，对摇摆柱装置在被动控制下的耗能减震性能进行进一步的研究。为了实现摇摆柱装置的被动控制策略，利用调谐粘滞质量阻尼器对摇摆柱装置中的制动器进行替换。利用模态分析法和定点最优设计理论，对摇摆柱中的摆柱和调谐粘滞质量阻尼器进行设计。通过对案例的分析可知，利用四阶模态设计的摇摆柱装置具有很好的耗能减震性能。
作者：	郑勇
专业：	结构工程
导师：	袁波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	贵州大学
学位年度：	2021