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第1章 被动耗能减振控制装置概述1

1.1 被动耗能减振发展概况和基本概念2

1.1.1 发展概况2

1.1.2 基本概念4

1.2 黏弹性阻尼器概述10

1.2.1 黏弹性阻尼策略及基本原理11

1.2.2 黏弹性阻尼器特点和设计要点12

1.2.3 装置分类、构造及应用13

1.3 金属阻尼器概述19

1.3.1 基本原理及特点19

1.3.2 装置分类、构造及应用20

1.4 摩擦阻尼器概述29

1.4.1 摩擦阻尼器特点29

1.4.2 装置分类、构造及应用30

1.5 黏滞液体阻尼器概述37

1.5.1 基本原理38

1.5.2 黏滞液体阻尼器的改进和发展41

1.5.3 黏滞液体阻尼器应用43

1.5.4 黏滞阻尼墙45

1.5.5 黏滞阻尼墙的应用46

1.6 复合阻尼器简介47

1.6.1 黏弹性-摩擦复合阻尼器48

1.6.2 SMA-摩擦复合阻尼器48

1.6.3 压电-摩擦复合阻尼器49

1.7 本章小结49

参考文献50

第2章 被动耗能减振控制的实用技术研究55

2.1 增强剪力墙连梁耗能能力的阻尼耗能减振方法55

2.1.1 研究概述55

2.1.2 双列孔软钢阻尼器力学性能分析57

2.1.3 连梁软钢阻尼器的试验研究68

2.1.4 安装阻尼器的联肢剪力墙结构地震响应分析79

2.1.5 小结86

2.2 提高大厦舒适度的耗能减振设计应用技术研究87

2.2.1 工程概况87

2.2.2 屋顶构架控制装置构造91

2.2.3 弯曲错动阻尼片工作机理分析92

2.2.4 弯曲错动阻尼片试验研究97

2.2.5 原型结构三维有限元计算分析98

2.2.6 安装阻尼片后结构脉动风荷载作用下的计算结果105

2.2.7 小结109

2.3 钢结构人行天桥人行激励作用的振动控制109

2.3.1 研究概述109

2.3.2 结构模型及人行荷载模拟110

2.3.3 结构减振分析114

2.3.4 小结115

参考文献115

第3章 隔震结构117

3.1 引言117

3.2 隔震建筑发展现状118

3.2.1 早期隔震技术118

3.2.2 现代隔震技术119

3.2.3 我国建筑隔震应用特点121

3.3 隔震装置构造、工作机理及应用122

3.3.1 隔震结构体系的基本特性122

3.3.2 叠层橡胶垫支座124

3.3.3 摩擦滑移隔震131

3.3.4 滑板支座133

3.3.5 其他隔震支座135

3.4 隔震结构的基本原理139

3.4.1 摩擦滑移隔震系统的运动方程139

3.4.2 橡胶垫隔震支座的运动方程140

3.4.3 隔震结构的减振效果分析141

3.5 隔震结构分析方法142

3.5.1 等效侧力法143

3.5.2 时程分析法146

3.6 隔震结构设计方法149

3.6.1 隔震结构设计方针150

3.6.2 隔震结构设计要点151

3.7 隔震建筑设计实例152

3.7.1 工程概况152

3.7.2 隔震设计原理154

3.7.3 多遇地震作用响应分析157

3.7.4 罕遇地震作用响应分析160

3.7.5 结果分析161

3.8 本章小结161

参考文献161

第4章 调谐质量阻尼控制装置的关键技术、基本原理及设计方法163

4.1 调谐质量阻尼控制装置的分类和应用现状163

4.2 TMD装置各主要部件的设计技术171

4.2.1 惯性质量的支撑系统172

4.2.2 弹簧系统178

4.2.3 阻尼系统178

4.2.4 主动控制驱动系统180

4.2.5 导向与限位系统182

4.3 TMD装置综合184

4.3.1 上海东方明珠电视塔风振控制TMD装置设计184

4.3.2 深圳地王商业大厦风振HMD控制装置设计方案185

4.4 调谐质量阻尼控制系统原理和优化设计189

4.4.1 调谐质量动力吸振原理190

4.4.2 调谐质量阻尼动力吸振原理192

4.4.3 主结构的阻尼效应195

4.5 地震和脉动风作用下调谐质量阻尼控制系统优化设计197

4.5.1 地震作用下TMD控制系统的频率响应函数197

4.5.2 脉动风压作用下TMD控制系统的频率响应函数198

4.5.3 TMD控制系统的优化设计200

4.6 多个TMD控制装置控制系统优化设计206

4.7 主被动混合调谐质量阻尼控制器的参数优化分析215

4.7.1 HMD装置方案及其在具体结构中的应用215

4.7.2 HMD主被动控制的基本方程217

4.7.3 HMD被动控制参数优化分析218

4.7.4 HMD主动控制参数优化分析219

4.7.5 HMD主被动控制混合减振控制分析221

4.7.6 TMD对地王大厦地震响应的控制分析230

4.8 本章小结240

参考文献241

第5章 结构振动的SATMD控制及碰撞问题245

5.1 引言245

5.2 半主动调谐质量阻尼器247

5.2.1 被动、主动和半主动TMD的建模248

5.2.2 时频分析算法250

5.2.3 数值仿真255

5.2.4 小结265

5.3 考虑装置非线性的控制效果265

5.3.1 运动方程266

5.3.2 非线性问题近似分析方法269

5.3.3 数值仿真278

5.3.4 小结288

5.4 TMD的碰撞问题288

5.4.1 运动方程290

5.4.2 周期解的存在性分析291

5.4.3 无阻尼自由振动系统的谐波平衡解293

5.4.4 参数灵敏度的分析296

5.4.5 小结301

参考文献301

第6章 振动控制系统的特性分析及控制律参数选择307

6.1 单自由度体系对一般动力荷载响应的时域和频域分析方法307

6.1.1 频域分析方法308

6.1.2 时域分析方法308

6.1.3 频域和时域分析方法的比较308

6.2 二阶系统的极点及其与结构频域特性的关系309

6.2.1 二阶系统的极点309

6.2.2 极点的形式310

6.2.3 极点在复平面上的位置与系统动力特性的关系311

6.2.4 基于复平面上极点位置的二阶系统稳定性指标311

6.3 振动控制系统的品质分析313

6.3.1 系统响应的峰值时间tP313

6.3.2 系统响应的峰值AP313

6.3.3 超调比σP314

6.3.4 影响时域tS314

6.4 系统的位移反馈控制规律的性能指标评价315

6.4.1 闭环控制系统的脉冲响应函数315

6.4.2 位移反馈控制作用对系统性能指标的影响316

6.5 系统的位移速度反馈控制规律的性能指标评价317

6.5.1 位移速度反馈控制作用317

6.5.2 闭环系统的频率响应函数及主动阻尼317

6.5.3 位移速度反馈控制作用对系统性能的影响318

6.6 高阶系统的瞬态响应分析方法319

6.6.1 三阶系统的脉冲响应319

6.6.2 闭环主导极点320

6.6.3 闭环零点321

6.6.4 高阶系统的动态响应特性322

6.7 结构振动控制的振型控制系统323

6.7.1 底层柔性控制结构系统324

6.7.2 主动AMD控制系统324

6.7.3 两结构联系体系主动控制系统325

6.7.4 系统振型组合控制作用325

6.8 位移速度反馈控制系统的性能分析及系统控制律设计326

6.8.1 振型位移速度反馈控制系统的脉冲响应函数326

6.8.2 振型位移速度反馈控制系统的性能分析326

6.8.3 位移速度反馈控制律设计327

6.8.4 位移速度反馈控制作用中的位移开关控制328

6.9 位移速度反馈控制系统的数值仿真分析329

6.10 本章小结332

参考文献333

第7章 基于状态空间的最优控制系统设计方法334

7.1 结构振动控制系统的状态空间表达式336

7.1.1 结构振动控制连续时间系统的状态方程336

7.1.2 结构振动控制离散时间系统的状态方程337

7.2 结构最优控制系统设计方法339

7.2.1 结构最优控制的一般问题339

7.2.2 性能指标加权矩阵选取的讨论341

7.2.3 连续时间系统最优控制342

7.2.4 离散时间系统最优控制345

7.3 被动控制的等价最优控制器参数348

7.3.1 被动控制等效最优控制及参数表达式348

7.3.2 被动控制等效最优控制系统仿真349

7.4 本章小结353

参考文献353

第8章 随机系统针对未知扰动输入的主动自适应控制354

8.1 随机系统的自适应控制的特点和解决的问题354

8.2 自适应控制系统的分类和基本工作原理356

8.2.1 随机自适应控制系统357

8.2.2 模型参考自适应控制系统358

8.3 结构振动控制系统的差分方程模型360

8.3.1 将一般结构控制离散时间系统状态方程转化为典范状态360

8.3.2 将结构控制离散时间系统的典范状态方程转化为差分方程362

8.4 基于系统输出的最优预报的系统自适应控制律363

8.4.1 系统输出的最优预报363

8.4.2 系统自适应控制律365

8.5 辅助系统差分方程模型参数辨识366

8.5.1 参数辨识的理论基础366

8.5.2 最小二乘参数估计的递推算法367

8.5.3 参数递推估计中的遗忘因子368

8.5.4 参数递推估计中初值的选定369

8.6 地震作用下结构振型组合自适应控制370

8.6.1 结构的振型组合控制作用371

8.6.2 结构振型控制系统差分方程模型371

8.6.3 振型控制系统的自适应控制设计372

8.6.4 结构的振型组合自适应控制过程374

8.6.5 实际控制中需要考虑的问题375

8.6.6 系统控制数值仿真分析376

8.7 模型参考自适应控制系统简介379

8.7.1 基于Lyapunov稳定性理论的参考自适应控制系统381

8.7.2 增广误差信号系统和模型参考自适应控制的直接法385

8.7.3 自适应状态观测器及模型参考自适应控制的间接法390

8.7.4 基于超稳定性理论的模型参考自适应控制系统394

8.7.5 基于超稳定性理论设计适应式模型跟随系统397

8.8 本章小结402

参考文献403

第9章 控制作用数量和位置优化设计的二次型性能指标增量方法406

9.1 引言406

9.2 二次型性能指标增量方法407

9.2.1 连续时间系统的最优控制系统方程和性能指标407

9.2.2 离散时间系统的最优控制系统方程和性能指标408

9.2.3 连续时间系统二次型性能指标增量表达式408

9.2.4 离散时间系统二次型性能指标增量表达式410

9.2.5 二次型性能指标增量的线性关系413

9.3 次最优反馈增益矩阵及结构次最优控制响应&.413

9.3.1 连续时间系统次最优反馈增益413

9.3.2 离散时间系统次最优反馈增益415

9.4 二次型性能指标增量方法的实用性验证数值分析416

9.5 控制系统的数值分析418

9.6 多结构联系振动控制体系及最优控制模型建立420

9.7 相邻结构间控制器位置及控制律的降阶优化方法423

9.8 连续时间最优控制系统和离散时间最优控制仿真对比分析428

9.8.1 系统控制器最优布置性能指标增量方法的计算验证428

9.8.2 系统控制器优化降阶的数值分析430

9.9 本章小结438

参考文献439