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原文传递大跨度斜拉桥结构地震响应主动控制研究

论文题名：	大跨度斜拉桥结构地震响应主动控制研究
关键词：	抗震性能;桥梁结构;主动控制;地震响应
摘要：	桥梁作为重要的社会基础设施，是抗震防灾、危机管理系统的一个重要组成部分，提高桥梁的抗震性能是减轻地震损失、加强区域安全的基本措施之一，是我国公路交通建设中所面临的重大课题。建筑结构振动控制经过几十年的发展，已被理论和实践证明是抵御地震破坏的有效手段。随着大跨度桥梁的普遍兴建和高效能建桥材料的广泛应用，桥梁结构的振动问题日趋突出。而大跨度斜拉桥由于其本身所具有的一些特殊性，国内外对其进行振动控制的研究水平还远没有达到对高层房屋建筑结构一样的研究程度。所以在深入了解桥梁结构的地震反应特性的基础上，研究合理而可行的控制措施保护桥梁结构免遭地震破坏，将是一个具有极大工程应用价值且时间紧迫的研究课题。随着科学技术的发展，以及人们对振动环境、对产品与结构振动特性越来越高的要求，振动被动控制的局限性就暴露出来了，难以满足人们的要求。主动控制技术由于具有效果好、适应性强等潜在的优越性，很自然地成为一条重要的新途径。本文以大跨度斜拉桥结构模型为研究对象，研究在地震激励下采用主动控制方法进行斜拉桥结构的振动控制，对主动控制方法中的一些关键性问题进行研究，抑制斜拉桥结构的地震响应，增强其动力稳定性，从而达到提高大跨度斜拉桥结构的抗震能力。首先在原有性能评价指标的基础上，进一步完善斜拉桥结构主动控制Benchmark性能评价体系，更加全面的评价不同的斜拉桥主动控制策略对结构的减振效果；研究平衡降阶的理论及其实现，通过对二次型性能泛函指标进行平衡转换，找出平衡系统中对系统能量贡献较大的平衡系统状态变量，进行模型降阶，得到一个能够反映原结构模型动力响应的降阶模型，提出基于内平衡系统二次型性能泛函进行模型降阶，以适应于日益增长的大型土木工程结构实际振动控制的需要。在主动控制系统设计中，研究致动器/传感器的最优位置以及其最优数目，根据致动器对结构系统的状态影响矩阵确定满足控制要求的最优致动器数目；根据系统二次型性能指标和本文提出的传感器优化配置准则，进行致动器/传感器的优化配置，优化计算方法和流程，得到斜拉桥结构振动主动控制设计的致动器/传感器优化配置方案。迭代学习控制是一种比较理想的控制策略，其本身具有某种智能，能够在控制过程中能不断地完善自身，以使控制效果越来越好，逐渐成为令人关注的课题。针对斜拉桥结构的地震响应，结合控制领域内的最新研究成果，将迭代学习控制与其它控制方法相结合，对斜拉桥结构进行有效的控制。首先基于线性二次型最优控制与迭代学习控制相结合的思想，研究线性二次型迭代学习混合控制方法，提高迭代学习控制的收敛速度，提高了控制系统的控制效果：其次基于迭代学习控制与滑模控制策略各自的优点，将两者相结合提出一种新的控制策略，滑模迭代学习控制策略。并且采用二次型迭代学习混合控制方法和滑模迭代学习控制方法对EmersonMemorial大桥进行地震响应主动控制计算，得出Benchmark控制指标，计算结果表明二次型迭代学习混合控制方法和滑模迭代学习控制策略均能够对EmersonMemorial大桥地震响应进行有效地控制，并且控制效果得到了一定的改进。
作者：	李雪峰
专业：	结构工程
导师：	王建国
授予学位：	博士
授予学位单位：	合肥工业大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文