幾種半主動控制系統(tǒng)在基準(zhǔn)斜拉橋上的應(yīng)用

1、本文出自結(jié)構(gòu)工程期刊11幾種半主動控制系統(tǒng)在基準(zhǔn)斜拉橋上的應(yīng)用摘要：最近，一種基準(zhǔn)斜拉橋模型作為評價有關(guān)斜拉橋在地震中控制能力的各種方案的 性能的測試平臺，已經(jīng)被研發(fā)出來。木文對標(biāo)準(zhǔn)斜拉橋的一些半活動和被動控制系統(tǒng)的 性能和有效性進(jìn)行了評價，該半主動控制系統(tǒng)考慮的問題包括：半主動剛度阻尼器及半 主動摩擦阻尼器。對于被動線性和非線性阻尼器也進(jìn)行了研究。通過使用有效的控制方 案和安裝了制動器的主動控制系統(tǒng)樣本的對比，半主動控制器系統(tǒng)的性能得到了很好的 評價，模型結(jié)果清楚的表明，通過安裝這些被動和半主動的防護(hù)裝置能人人降低在橋面 的位移、剪力和塔基的彎矩。結(jié)果表明：相比在同樣的索力下，主動控制系統(tǒng)樣

2、木的水 平，在關(guān)于減少橋的峰值響應(yīng)數(shù)量對半主動和被動裝置的研究還是有效的。關(guān)鍵詞：主動控制；橋；斜拉橋；控制系統(tǒng)；基準(zhǔn)；被動控制；地震引言：斜拉橋結(jié)構(gòu)因?yàn)槠鋬?yōu)雅的造型和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的結(jié)構(gòu)，而受到全世界的喜愛，然而， 由于它的靈活性，當(dāng)遭遇動力荷載吋，橋體的反應(yīng)會有些過度，因此如何減少因環(huán)境和 動態(tài)荷載作用造成的斜拉橋動態(tài)響應(yīng)數(shù)量對其安全和適用具有極大的重要性，這種橋面 和塔的連接方式是影響斜拉橋反應(yīng)最重要的因素之一。一般而言，沖力傳輸裝置被用來 連接橋面和塔，考慮到因溫度變化橋面的擴(kuò)張，這些裝置是縱向安裝的，在動力荷載的 情況下，這些裝置非常堅(jiān)固，并能確保進(jìn)行堅(jiān)固的連接。塔和橋面的剛性連接能減少橋

3、 面的位移量。然而，在地震影響下，這種連接會將上層結(jié)構(gòu)的慣力傳遞到塔基，這樣會 增加塔基的剪力和彎矩。另一方面，如果對橋面和塔進(jìn)行較軟弱的連接，橋面的位移會 過度，傳統(tǒng)的方法是對橋面和塔基的位移、剪力和彎矩進(jìn)行折衷。除傳統(tǒng)方法外的另一方法是使用能量分?jǐn)?shù)分散和在橋面和塔之間使用主動或半主 動控制系統(tǒng)，被動能量分散器能就特殊的地面運(yùn)動有效的設(shè)計(jì)岀來，但是對于不同特征 的地面運(yùn)動它們卻效果不佳。主動和半主動控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括：能夠適應(yīng)不同的荷載 環(huán)境，能夠控制不同的振動模式的結(jié)構(gòu)，對被動的，主動與半主動以及混合控制系統(tǒng)的 回顧中可發(fā)現(xiàn)。例如：在 housener 等(1997)和 spencer a

4、nd sain (1997)本文中，為了減少地震對基準(zhǔn)斜拉橋的振動dyke等人(2000, 2003)對半主動剛 度阻尼和半主動摩擦阻尼器的應(yīng)用，以及線性和非線性被動粘滯流體阻尼器進(jìn)行了研 發(fā)。斜拉橋在平移與扭轉(zhuǎn)方式上呈現(xiàn)的復(fù)雜行為往往強(qiáng)烈穩(wěn)合。這種被dyke等人發(fā)展 了的橋模是相當(dāng)廣泛的+,它是基于cape girdean missouri結(jié)構(gòu)下一個真實(shí)的斜拉橋。半主動和被動控制裝置半主動剛度減振器半主動剛度減振器包含了汽缸一活塞系統(tǒng)，和一個開關(guān)閥在旁通管連接兩個充滿 液壓油的汽缸，如圖fig. 1所示。按常規(guī)，這種汽缸一活塞系統(tǒng)用來作為一個可變減 振器裝置取代了截止閥的孔板閥，可變阻尼效應(yīng)

5、是用來達(dá)到控制小孔的大小，fig.l中 所示的帶有開關(guān)閥的裝置能與一套支撐系統(tǒng)連接，當(dāng)閥門關(guān)閉，減振器（缸和支撐）作 為一個具有有效性的固定因素ke,該因素由在缸和支撐系統(tǒng)中一系列人量的流體模數(shù)提 供。（yang等.2000a, b）.當(dāng)閥門打開，活塞能自由移動，由于通道管的泄露和損失， 阻尼器的液壓油只能提供很少的量。該半主動剛度阻尼器只能在復(fù)位模式或是變化模式 中操作，在復(fù)位模式下，開關(guān)閥是脈沖打開，然后在合適的時間迅速關(guān)閉，在變化模式 下，閥門在有限的時間里間隔的打開，然后在另一段時間內(nèi)間隔關(guān)閉，復(fù)位和變化模式 的控制規(guī)則表述如下。fig. schematic diagram of (h

6、e scmiactive stiffness damper (sasd) 注：schematic diagram of the semiactive stiffness damper半剛性阻尼示意；valve閥門；seal密封；mounting point 安裝點(diǎn)。復(fù)位模式在復(fù)位模式下的操作期間，閥門總是關(guān)閉的，因此，能量以潛在能量形式儲存在油 壓減振器中（液壓缸和支撐）。在適當(dāng)?shù)乃查g，閥門以脈沖的形式打開然后迅速關(guān)閉。 這樣壓差在經(jīng)過汽缸時被消除。這項(xiàng)操作被稱為復(fù)位，這套裝置被稱為復(fù)位半主動剛度 阻尼。在復(fù)位的吋刻，活塞在山的位置，被稱為復(fù)位點(diǎn)，并且，儲存在整個阻尼器中的 能量被釋放。因此，

7、在適當(dāng)?shù)臅r刻調(diào)整復(fù)位，能夠在振動結(jié)構(gòu)中通過釋放能量來減少結(jié) 構(gòu)反應(yīng)。復(fù)位半主動剛度阻尼能安裝在橋墩和橋而之間，來自復(fù)位半主動剛度阻尼器的控 制力u（t）能表示如下：(1)u(t)=ke(d-ds)ke減振器的有效剛度.d橋面和橋墩之間的相對位移.ds復(fù)位半主動剛度阻尼在以前復(fù)位實(shí)例中活塞的位置在復(fù)位的時刻(閥門是以脈沖形式打開和關(guān)閉的)，一方面有d,=d并且來自rsasd 的力等于0。另一方面，可以根據(jù)適當(dāng)有效的剛度和某一系列實(shí)際應(yīng)用擊敲來設(shè)計(jì)一個 rsasdo在rsasd中，速度和橋面?zhèn)鞲衅魇切枰?，它們可以融入設(shè)備木身。把rsasd 安裝在橋上應(yīng)有的位置，控制力如下表示：ui(t)=kei

8、 (dj-dsi)心一一ith在減振器的有效剛度；d：在安裝i th阻尼器的位移橋面和塔的相對位移；dsiith阻尼器前先活塞復(fù)位點(diǎn)。最近，提出了幾種rsasd的控制規(guī)律，例如(yang等人.1999a, b, 2000a, b； bobrow 等人.2000； yang and agrawa 1 2000； jabbari and bobrow 2002 )考慮一 個lyapunor函數(shù)vv = 0.5 廠 ky + 0.5yrmy + yyrmy(3)其中yn向量與各自對地面的角度和自由度的存在相對位移因素yim和k結(jié)構(gòu)的規(guī)模和剛度了二常量使v>0來確保lyapunor函數(shù)v。當(dāng)v&

9、lt;0時，這個系統(tǒng)是固定的。不同的等式(3)來取得v使用動量等式和最小化v, 方而可以獲得一個復(fù)位控制法則如 當(dāng)di+rdi=0時，復(fù)位sasd單元dsi二di when di+rdi二0(4)有一特例，當(dāng)r二0等式(4)變成dsi二di,在di二0的條件下，當(dāng)sasd單位儲存能 量最大時，在復(fù)位己形成的基礎(chǔ)上，這種特殊的法規(guī)是能獲取的，并且它將被應(yīng)用于此 項(xiàng)研究中。rsasd保護(hù)建筑物的性能已經(jīng)得到y(tǒng)ang等人的研究(1999% b, 2000a, b) agrawa 1 and he (2000) ; yang and agrawal (2002) , agragwal and yang

10、 (2000a, b)他們的結(jié)果 清楚表明。rsasd在保護(hù)遭遇各種地震的建筑物完整性方面是非常有效的。he等人己經(jīng) 完成了對于基準(zhǔn)斜拉橋rsasd的有效性的初步調(diào)查(2001), jabbari?和bobrow完成 了小規(guī)模的半主動剛度阻尼器的實(shí)驗(yàn)測試(2002),本文將進(jìn)一步研究rsasd對基準(zhǔn)斜 拉橋的有效性。變化模型kobori和kamagata(1992)提岀的主動可變剛度系統(tǒng)中有效剛度ke的支持系統(tǒng)及 計(jì)算機(jī)控制鎖裝置組成。當(dāng)鎖裝置打開時，支持系統(tǒng)的剛度ke會被加在建筑物上；當(dāng) 鎖裝置關(guān)上時，支撐系統(tǒng)與層單元失去連接，并且沒有剛度被加上。在東京，這種主動可變剛度系統(tǒng)已經(jīng)被安裝在三層

11、建筑物上(nasu等人2001 )o來自安 裝了 avs (主動可變剛度系統(tǒng))的橋的控制力ui(t)可以表示成：ui(t)=v(t)kf.idi(t)(5)v(t)=l,當(dāng)這種裝置被鎖上時，或者當(dāng)v (t)二0這種裝置沒被鎖上時。kamagata 和kobor i (1994)提出了如下控制規(guī)則：v(t)l ifdidi- °(6)0 othenvise通過使用活動模式控制方法，這種控制法規(guī)也能取得，使用半主動剛度阻尼器(s as d),上面avs系統(tǒng)能夠得到應(yīng)用。在操作變化模型fig.l已經(jīng)提出。在變化模 型的操作屮，閥門在某一時段被關(guān)閉，在另一時段被打開，這種被稱為變化半主動剛度

12、 阻尼器(ssasd )再次，來自ithssasd的控制力已由等式(2)給出。打開 和關(guān)閉閥門的法規(guī)由以下給出：close the value when di二0open the value when di=0(7)在等式(7)中對s s a s d控制法規(guī)的實(shí)施與基于等式(6 )給的控制法規(guī)a vs的實(shí)施是相同的，原因解釋如下：假設(shè)在tl時，s s as d的閥門是打開的，并 且一直保持到t2時關(guān)閉。注意dsi是閥門關(guān)閉時活塞的位置。在至t2時間段，閥 門是打開的，控制力g(t)為零，并且它滿足等式(2) d-dsio在t 2這一時點(diǎn)，當(dāng)閥 門由開變關(guān),它會滿足等式(7)的變化規(guī)則 即di電

13、產(chǎn)0ui(t)k©且dsi=0o鑒于這 種原因，可以清楚地表示：使用等式(7 )控制法規(guī)的s s a s d系統(tǒng)與使用等式(6 ) 控制法規(guī)的avs是等價的。本文將滿足等式(7)控制法規(guī)的s sas d系統(tǒng)使用基 準(zhǔn)斜拉橋的實(shí)施中。fig. 2. schematic drawing of electromagnetic semiactive friction damper注:schematic drawing of electromagnetic semiative friction damper繪制電磁半摩擦阻尼示意圖;upper plate上游板塊；friction pad摩擦墊

14、;slotted bolts螺栓開槽；lower plate下盤 半主動摩擦阻尼器一個典型的被動摩擦阻尼器由連接在一起的兩塊鋼板組成，并且安裝在作為支扌掌 因素的結(jié)構(gòu)上，在地震發(fā)生過程中，當(dāng)動力大于兩鋼板間的摩擦力時，兩鋼板發(fā)生移動, 裝置上摩擦力的大小取決于螺栓上的正常力。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)?shù)卣鹫鸺壋^臨界值， 并被用來作為應(yīng)付更小規(guī)模的地震時，被動摩擦阻尼常被設(shè)計(jì)成滑動的。由于能量通過 滑動消散，摩擦阻尼的效率可以通過不斷的滑動不斷調(diào)整通過阻尼器的各水平的止常力 來改善。通過液壓機(jī)制，正常力可得到實(shí)施和調(diào)整(例如：fujita等1 9 9 4 . inaudi 1997 等)壓電機(jī)制或電磁調(diào)

15、節(jié)(例：agrawal and yang 2000a, b he 等 2 0 0 3, yang and agrawal 2002).最近由agarawal和yang提出的半主動電磁阻尼包含了介于兩鋼板間的摩擦墊。 如f ig. 2所示。這三層是釧合在一起的，所以滑動發(fā)生在鋼板與摩擦墊之間，鋼板與摩擦墊之間 的摩擦力大小取決于正常力n (t)和摩擦力系數(shù)，兩根隔離螺線管被安裝在鋼板的外 層，并且螺管中的電流是調(diào)整的，以至在兩螺管間存在吸引的電磁力。因此，在兩鋼板 間的正常力n(t)與螺管中的電流量成正比，這種阻尼器通過連接一塊鋼板與橋面和另一 塊與橋墩來被安裝在斜拉橋上。為安裝在橋而與橋墩間的

16、摩擦阻尼，摩擦力可表示為：-pni(t) < ui(t) < “m(r) if di二0(8)其中 ni(t)二阻尼器上的正常力。對摩擦力完全的說明可以描述成等式(8 )的聯(lián)合。在粘滯階段二塊鋼板是粘帖在一起的，di=o,其中，沒有能量消散。為有效耗 散振動能量，人們期望設(shè)計(jì)出沒有粘貼能夠繼續(xù)滑動以耗消能量的半主動摩擦阻尼器。agrawal和yang在fig. 2等式(8 )中提出了除正常力摩擦阻尼器在內(nèi)的所有半 主動摩擦阻尼。半主動摩擦阻尼器的性能和有效性，絕大多數(shù)取決于特殊的控制算法的 使用的說話被提出，he等人(2 0 0 3 )提出一種有效的控制算法。其性能：(1 )制 作

17、一個矩形磁帶回線。(2 )維持摩擦阻尼器在滑動階段能力，(3 )消除了抖動的效果。 這種控制算法，統(tǒng)稱為線形邊界半主動摩擦控制器。是由：0|pdi(/)|sgn(dz)|創(chuàng)心)十0皿問sgn)diis其中0=控制器增益，&=避免左右上0的邊界層的參數(shù)。與pdi(t)=在時間t前從前峰值下降的數(shù)值。表示如：pdi(t) = di(t-s) where s = |minr > 0: dit-z) = o|(10)這種利用等式(9 )中前峰值移動的想法，最初是由znaudi(1997)提出的，目的是 為了產(chǎn)生一個恒定的摩擦力，在半個震蕩周期中，現(xiàn)在等式(9)中的己被he等人修 改。實(shí)施

18、等式(9)和(1 0 )中的控制算法，只需要測量當(dāng)?shù)氐钠坪退俣瓤缭綔p振 器，即兩個傳感器。因此?？刂葡到y(tǒng)是完全分散的，因?yàn)樗瞧褡钣行У目刂扑惴ǎ?所以這種控制算法將會用于本文中探討半主動摩擦阻尼器的性能。被動粘滯流體阻尼與各種控制系統(tǒng)的性能相比，被動粘制流體阻尼也在這項(xiàng)研究中得以考慮。由安 裝在橋面和橋墩的被動粘制阻尼產(chǎn)生的力表示如下：uj(f) = ca di sgn(di)(11)其中di二通過阻尼的速度j =實(shí)驗(yàn)性決定系數(shù)g是一個真正典型的范圍在0. 3 5 1的陽性指數(shù)等式(1 1 )演變成終a)= ca，a二1這是一個線形阻尼器，w/(o = cosgn(df/), 2二0這是

19、一個單純的摩擦阻尼，不過，他們可能過度開發(fā)力量，當(dāng)大型結(jié)構(gòu)發(fā)生速度長 期結(jié)構(gòu)承受近斷層地震。非線形粘制阻尼器已經(jīng)成為流行，最近由于其非線形力-速度 關(guān)系及其能力限制高峰，減振器部隊(duì)在大結(jié)構(gòu)速度的同吋提供足夠的補(bǔ)充阻尼。線形（二1）和非線形粘制阻尼器（q二0.35）將用語這項(xiàng)研究，在實(shí)際應(yīng)用中，這些阻尼器能夠提供力超過8 0 0 0種。他廠hso'o卜 砒xt亠nuslqcahe numberfig. 3. drawing of cape girardeau bridge （dyke el at 2000. 2003） 注:drawing of cape girardeau bridge

20、開普吉拉多橋的繪制基準(zhǔn)斜拉橋由dyke等人發(fā)展的基準(zhǔn)模型是以橫跨密西西比河附近girardeau海角密蘇里1 4 6斜拉橋?yàn)榛A(chǔ)的，這座大橋的示意圖于fig. 3.所示。5 0 5 0 tl.ao.fig. 4. response spectra (3% damping ratio) of el centro, mexico and gebze earthquakenuooa3aaimu5ac-注：response spectra（3% damping ratio） of el centro,mexico and gebze earthquakecentro,mexico and gebze

21、地震的響應(yīng)譜（3%阻尼比）；acceleration加速度；displacement位移；input energy輸入能量；velocity速度?；鶞?zhǔn)斜拉橋的線形評價模型的剛度矩陣是通過與靜態(tài)負(fù)荷相一致的非線形精力分 析決定的，如果在橋面和塔之間使用固定裝置，評價模型的前十個頻率將是0.2899,0. 3699, 0. 4683, 0.5158, 0. 5812, 0. 6490, 0.6687, 0. 6970, 0. 7102 和 0. 7203 赫茲。 這些都被用來作為比較不同控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。如果在橋而和塔之間沒用使用連接或控制 裝置，該模型將被稱為失控情況。前1 0個不受控制的頻率分別

22、是0.1618, 0. 2666, 0. 3723, 0. 4545, 0. 5015, 0. 5650, 0.6187, 0. 6486, 0. 6965 和 0. 9094 赫茲。有關(guān)斜 拉橋的細(xì)節(jié)信息，包括它的造型和f e m組件dyke等人都有涉及。由于橋是被認(rèn)為接觸到基巖的，所以土層結(jié)構(gòu)間的相互作用效果被忽視，一維地 面加速器假定適用于縱向并且同時有所支持。e lcentro和gebze的地震是用來測試在 不同特征的地震情況下，不同控制策略的性能的。為了評價各種控制系統(tǒng)和算法的有效 化，從j】到j(luò)】*的評價標(biāo)準(zhǔn)己經(jīng)給出（dyke等人，2 0 0 3 ）o前六個評價標(biāo)準(zhǔn)從j】 到j(luò) &

23、#176;是與峰值響應(yīng)相關(guān)的。其中j塔的峰值基數(shù)剪力，在橋而水平，塔的峰 值剪力，塔基的峰值臨界點(diǎn)，在橋面水平塔的峰值點(diǎn)，鐵索偏差峰值, j 6=橋墩上橋面位移的最大值。這些標(biāo)準(zhǔn)是通過橋面與塔有堅(jiān)固連接的橋相應(yīng)數(shù)量反 應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化的。j 7到j(luò)門的評價標(biāo)準(zhǔn)代表了橋梁數(shù)量反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，塔樓的基礎(chǔ)剪切標(biāo)準(zhǔn)，j 8 =水平橋面上塔樓的剪切力標(biāo)準(zhǔn)，塔基的翻轉(zhuǎn)力矩標(biāo)準(zhǔn)，水平橋面上塔的力 矩標(biāo)準(zhǔn)，j鐵索張力的偏差標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)量反應(yīng)的|標(biāo)準(zhǔn)被定義為： 4加曲（/足夠大使得結(jié)構(gòu)響應(yīng)逐漸變?nèi)?，是一個數(shù)量，其規(guī)律被計(jì)算。丁7到1門的評 價標(biāo)準(zhǔn)是通過在橋面與塔之間有堅(jiān)固連接的橋的一致標(biāo)準(zhǔn)的反應(yīng)數(shù)量的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)上計(jì) 算出來的。因

24、為有兩座塔，與塔有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量響應(yīng)，通過兩座塔響應(yīng)數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)的最大 化得到正常化另外，j 12=通過橋梁重量w單一阻尼器的總數(shù)j傳感器的總數(shù)。 標(biāo)準(zhǔn)j -和j "與峰值功率相關(guān)，與阻尼器總功率相關(guān)，并且不使用在這項(xiàng)研究中。由 于實(shí)驗(yàn)，在研究的半主動系統(tǒng)的驗(yàn)證模型都是不可行的。最后，由于大橋遭受三種不同地震，在三種地震中毎種評價標(biāo)準(zhǔn)的最大值卻進(jìn)行 了性能比較。即公式（13）maxelcentroji=/, i二1 to 17mexicocitygebzeb«nt1pw2ffig. 5. locations of pro(ec【ive devices in cablc5【ayed

25、 bridge注：locations of protective devices in cable-stayed bridge在斜拉橋上防護(hù)裝置的位置;protective devices防護(hù)裝置。oimper zs (khl 200 oo mo k>0 1000pt" own per forc«0 200 400 mo soo 10c0oamper force |knp«li dtmper foret (kn|as & rcductioo fictocs far evaiualun atleria forixidge equipped wt<

26、h vnutu icnuaglivc mil psiwvc devjcu aod subject 2 elontro “ftxuakc ireducag factor for *ith ihntper devicewji*7thout ngud hnte beisz deck and 5e)il： reduction factors for evaluation criteria for cable-stayed bridge equipped with various semiactive and passive devices and subject to el centro earthq

27、uake.(reduction factor for 士二士 with damper devices/j, without rigid links between deck and towers)為減少對el centro地震的評估因素，標(biāo)準(zhǔn)斜拉橋配備了各種半主動和被動器件(阻尼器折減系數(shù)是山二山/ji在無剛性聯(lián)系甲板和塔之間)；peak damper force頂端阻尼力。pzk temper forcafl。7. reduction fa口燼 far evalimioo citeria for cabte-staied bridge eqpdppei with various emucti

28、ve anddevices and subjemexico city canhquake reduction factor for cvaluabon criteria j、= j)wnh d&nper dokcv*/. wilt out npd links hrtcen dock and tawm.ift： reduction factors for evaluation criteria for cable-stayed bridge equipped with various semiactive and passive devices and subject to el cen

29、tro earthquake.(reduction factor for jj, with damper devices/j； without rigid links between deck and towers)為減少對el centro地震的評估因素，標(biāo)準(zhǔn)斜拉橋配備了各種半主動和被動器件(阻尼器折減系數(shù)是j汙山fig. 8. reduction facior for cvaiuodon cnteria fix aiczyed bridge equipped m vanous actnxand 吟學(xué) devices and 皿a s 6阮 5hqmkc：red心m 應(yīng)or for 兒 7血

30、血mper device" *曲0* 如 lmks between dezjwl 3w巴j7主：reduction factors for evaluation criteria for cable-stayed bridge equipped with various serniactive and passive devices and subject to el centro earthquake.（reduction factor for ji=jj with damper devices/jj without rigid links between deck and tow

31、ers）為減少對el centro地震的評估因素，標(biāo)準(zhǔn)斜拉橋配備了各種半主動和被動器件（阻尼器折減系數(shù)是jjj/ j；在無剛性聯(lián)系甲板和塔之間）；peak damper force頂端阻尼力。地面運(yùn)動的反映譜上述三大地震的峰值加速度分別3.4170o 1.4068和2. 59781】1/芒。3 %阻尼比（與 斜拉橋有限模型的阻尼比相同）的單自由度結(jié)構(gòu)在受到這三次地震的反映譜如圖4所 示。據(jù)圖4觀察：（1） 568大地震具有更廠的持續(xù)時間和支配周期，大約為0. 95s, （2） 爾馬其記錄是一個典型的近斷層地震運(yùn)動，它有一個短暫的持續(xù)時間和較長的支配周 期，大約4. 2s, （3）墨西哥城的記錄

32、是一個在軟土上長時間的持續(xù)震動，其支配周期為 2. iso開普吉拉多地區(qū)的地質(zhì)條件與墨西哥地區(qū)的相似。在dyke等人（2003）的抽樣控制問題上，驅(qū)動器被安裝在8個地點(diǎn)，如圖5所示, 4個驅(qū)動器安裝在橋梁和對稱的兩座碼頭z間的各個地點(diǎn)上（4個位置）。兩個驅(qū)動器安 裝在橋梁和橋兩邊橋墩之間的地點(diǎn)上。（共4個位置）。安裝在每8個地點(diǎn)的驅(qū)動器數(shù)目 由圖5通過括號表示，被動的或半阻尼器的分布與驅(qū)動器樣木分布是相同的，為了便于 有效地比較每個控制系統(tǒng)的表現(xiàn)?，F(xiàn)在由于本文中被考慮的所有半主動控制器被視為是 完全分散的，在其他控制器裝置發(fā)生故障時，他們可以獨(dú)立運(yùn)作。失控橋（在橋面和塔的縱向z間連接和控制裝置

33、）橋面j 6的峰值位移在568地震, 墨西哥城地震和爾馬拉地震中分別為36. 26, 1& 41, 77. 34厘米。自然周期t=6.18s （失控橋的第一自然周期）的減震結(jié)構(gòu)受這三次地震的峰值位移分別37. 20和82厘米, 如圖5所示。這些表明，橋梁的反應(yīng)由這些地震中的第一種振動方式?jīng)Q定。table 1 evaluation criieria usingel centro earthquakeresettingscmwctiveiunearnonlinearscmiaaiveswitchingfridioo damperviscousviscousstiffness dampers

34、emiactiveh.p-3300simplec= 1.600g900忍ld00stiffness damperstifyness of linearcrtienonuncon(rouedaactivekns/mkn (m/$r mkn/m匕 2.000 kn/msprint *2.000 kn/m'peak base shear)0.45600.3860.38703580.4400.4490.409丿2 (peak deck shear of lowers 11.36651.0901.02012901.3201.260jy (peak base moment038780.295031

35、202780.366<)3830.343of對(peak deck mofnent0.96750s870.4980.4630.60703700.593of towers)打(peak cable dev.)0.24480j920.2040.197(12380.2500.221人 pejik deck disp.)3.7162l22o1.0300.8121 5401.5401.3207? 'normed base ihcarl0.26960.2250.2150.48902460.2470.235ji (normed shear of towers2.00711.1200.9543.

36、1701 2901.3001.190-nt deck level)(normedmoment0.63640.2740.224021702850.3020,261of cowtn)j io (normed deck moment2.77930£670.7170.611094010100.833of towtrs)(normed denation in004210.02s0.0230.0190.0280.0310.026cable tension)厶'w (peak control force：760837790282298513sp296/|3 (peak damper str

37、oke)2.43990.8000.67803331.0101.0100.995(number of control devices!0242424242424(number of sensors)050081616all evaliution criteria are nomulized with respect to corresponding response quanuucs of the bridge with rigid linkx between the deck und (owen. evaltutioo chteria for control devices a< a d

38、ifferent control force level dun xbowo above can be otmaincd by multiplying uncontrolled evaluation cniena in column 2 with reduction factor for valuation criteria at (he particular force level for u control device in fig. 6注：evaluation criteria using el centro earthquake評估使用 el centro 地震標(biāo)準(zhǔn);criterio

39、n標(biāo)準(zhǔn)uncontrolled不受控制;sample active樣本活動；linear viscous線性粘性;noniinear viscousi#線性粘性resetting semiactive stiffness damper復(fù)位半剛度阻尼switching semiactive stiffness damper半剛度阻尼器開關(guān):scmiactivc friction damper半主動摩擦阻尼:stiffness of linear spring線性彈簧的剛度;peak base shear頂端的基礎(chǔ)修正;peak deck shear of towers塔的頂端甲板修正;peak

40、base moment oftowers-塔的最不利時刻;peak cable dev.頂端電纜 dev. :peak deck disp.最高的甲板 disp. ;normed baseshear基本修正值;normed shear of towers at deck leve在中板上塔的水平修正值;normed base moment oftowers塔的基準(zhǔn)修正值;normed deviation in cable tension斜拉索的偏差值;peak control force最大的控制力;pcak damper stroke頂端阻尼值;nunibcr of control devi

41、ces控制裝置的號碼;numbcr ofsensors感應(yīng)器的號碼;all evaluation criteria are normalized with respect to corresponding response quantities of thebridge with rigid links between the deck and the towers. evaluation criteria for control devices at a different control force level than shown above can be obtained by mul

42、tiplying uncontrolled evaluation criteria in column 2 with reduction factor for evaluation criteria at the particular force level for a control device in fog. &所冇評估標(biāo)準(zhǔn)的正?；峭ㄟ^主塔和甲板之間的剛性連接來反應(yīng)橋梁的質(zhì)戢。在表格8中顯示的，在特定應(yīng)力水平下的控制裝置通過乘以第二欄中的非 控制估計(jì)值獲得折減系數(shù)作為評價標(biāo)準(zhǔn)，不同于控制水平應(yīng)力下的控制裝置的評估標(biāo)準(zhǔn)。評價標(biāo)準(zhǔn)j i通過j門作為各種阻尼器峰值控制力的函數(shù)，如線性

43、粘滯阻尼器，非 線性粘滯阻尼器，r s a s d, s s a s d,和s a f d系統(tǒng)的三次地震運(yùn)動在圖6-8 中列出，如上所述，所有的被動和半主動控制系統(tǒng)在上文被考慮到，共有24個減震器 被安裝，其分布如圖5中的括號所示，這與利用驅(qū)動趨的采樣問題是相同的。（dyke 等，2003年）。圖6-8中橫坐標(biāo)表示單一阻尼器的最大控制力。（共24個阻尼器）。圖 6-8所示的圖表縱坐標(biāo)表示特殊評價標(biāo)準(zhǔn)的減少因素。例如，圖6中的縱坐標(biāo)j |表示帶 阻尼器裝置的橋塔根基剪切力的峰值，通過失控橋（在橋面和橋塔間無剛性連接）的根 基剪切力峰值來止規(guī)化。因此，反應(yīng)的數(shù)量和價值小于1表明反應(yīng)減少，因?yàn)樽枘嵫b

44、置。 圖6-8的結(jié)論描述如下：對于線性（a=l）和非線性（q=035）的阻尼器，圖6-8屮的反應(yīng)因素通過改 變不同的阻尼系數(shù)ca而得到，以達(dá)到不同水平的最大控制力，對于s afd系統(tǒng)，控制器在等式(9)中，用摩擦系數(shù)= 0.2和邊界層參數(shù)= 0.1。那么，控制增益0變化以達(dá)到不同水平的峰值控制力。另外，剛度為2000k n/m的線性彈簧被平行安裝在s af d中，來限制橋面的位移，因?yàn)槟Σ磷枘崞鲉为?dú)提供很小的剛度來降低橋面位移，對于 rs as d和ssas d阻尼器，不同標(biāo)準(zhǔn)的有效剛度ke被用于獲得不同水平的峰值 控制力。據(jù)圖6-8觀察，非線性粘滯阻尼器在被考慮的被動和半主動控制裝置中有最好

45、的 表現(xiàn)，當(dāng)峰值控制力小于一定值吋。在568地震和爾馬拉地震中，當(dāng)峰值控制力人于250k n時，塔基j 7和橋平面j 8的標(biāo)準(zhǔn)剪力值增加。在墨西哥地震中，以j"7和8為 評價標(biāo)準(zhǔn)，這種力的極值為100kn,而200kn是其他所有評價標(biāo)準(zhǔn)的極限值。因此， 非線性粘滯阻尼器的安裝使其容納力高于極限力導(dǎo)致不良后果。這可能由于實(shí)際中，每 當(dāng)速度大于某一定值時，非線性粘滯阻尼器的控制力達(dá)到了峰值能力。觀察ras s d、 s afd和主動控制阻尼器的表現(xiàn)，在三人地震中的大部分響應(yīng)下，他們是相似的，線 性粘滯阻尼器在墨西哥地震中有更好的表現(xiàn)，此次地震是一次長時間持續(xù)的地震運(yùn)動。 在所有的地震中，

46、半主動轉(zhuǎn)換剛度阻尼器s s a s d的表現(xiàn)次于半主動復(fù)位剛度阻尼器 (rs s as d)o半主動摩擦阻尼器在爾馬拉地震中的表現(xiàn)優(yōu)于其他的控制裝置，因?yàn)槟Σ磷枘崞鲗鼣鄬拥卣鸱浅Ｓ行Аabte 2. evaluation criteria using mexico city ground mociocisenu*:iiveline* nonlinear resetting semuctive switchingfriction chmpervucous viscous stiffness damper scmiaciivc3,500c 1.600ce»900atr-ljoo ui

47、ffness damper sliffness of unearuocomm ictivc kns/m kn心加k. 1000 knan $pnn廠2axx) kn/mjx (peak base shcr)0j560.4540.4240.7310.4870 5020462j2 (peak deck shear of towers)1.86013401.1402.0401.5001.5300.607ipeak base moment087605820.49704590.6370-7(12of to wen)j4 (peak deck moment of towers)0.22006220.528

48、(15520.685a7i30.0860.6ssqm2厶 peak cable dev.)0.0900.073o.06s0.05s0.085兒(peak deck disp.)7.57023002.3401.6603.400ls502.950ji < normed base shear)0.4450.3970.3641.6800.4120.4w0.394»normed shear of towers at deck level)1.9800.9877.7101.3201.3201j50.0.449(normed base moment0.9330.4340.3630.4270.

49、4670.483of lowers) (normed deck moment o( towers)3.1701.08009940.9561.2901.3001.1900.010o.oilzu (nomed (fcviatioo in cable cension>0.0160.0100.0090.0080.011138251 sp: 144/ u*w (pek concrol force)292325808208(peak damper stroke)3.810，1.1601.1800.8351.7101.440i 4902416兒 (number of control devices)0

50、24242424jn (number of jenson)05008lbin column 2 with reduction factor foe evaluation criteria at the particular force level for a comm! device in fig.注：evaluation criteria using el centro earthquake評估使用 el centro 地震標(biāo)準(zhǔn);criterion標(biāo)準(zhǔn);uncontrollcd不受控制;samplc active樣本活動;lincar viscous線性粘性;nonlincar viscou

51、s非線性粘性;resetting semiactive stiffness damper復(fù)位半剛度阻尼switching semiactive stiffness damper半剛度阻尼器開關(guān);semiactive friction damper半主動燃擦阻尼;stiffness of linear spring線性彈簧的剛度;peak base shear頂端的基礎(chǔ)修正:peik deck shear of towers塔的頂端甲板修正;pe“k base moment oftowers-塔的最不利時刻;pc“k cable dev.頂端電纜 dev. ;peak deck disp.最高的

52、屮板 disp. ：nomcd baseshear基本修正值;normcd shear of towers at deck icvc在甲板上塔的水平修正值;normcd base moment oftowers塔的基準(zhǔn)修正值;normed deviation in cable tension斜拉索的偏差值;peak control force最大的控制力;peak damper stroke頂端阻尼值;number of control devices控制裝置 的號碼;number ofsensors感應(yīng)器i勺號碼；all evaluation criteria are normalized

53、with respect to corresponding response quantities of thebridge with rigid links between the deck and the towers evaluation criteria for control devices at a different control force level than shown above can be obtained by multiplying uncontrolled evaluation criteria in column 2 with reduction facto

54、r for evaluation criteria at the particular force level for a control device in fog. &所有評估標(biāo)準(zhǔn)的正常化是通過主塔和甲板之間的剛性連接來反應(yīng)橋梁的質(zhì)量。在表格8中顯示的，在特定應(yīng)力水平下的控制裝置通過乘以第二欄中的非 控制估計(jì)值獲得折減系數(shù)作為評價標(biāo)準(zhǔn)，不同于控制水平應(yīng)力下的控制裝置的評估標(biāo)準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)問題（dyke等，2003年）的一個口的是為了比較各種控制裝置和策略的表現(xiàn)。 為此，在裝置容納力上的約束條件，包括峰值控制力和沖擊必須一致，在這項(xiàng)研究中， 減震器的總數(shù)（24個減震器）和上文提到的所有被動

55、的和半主動裝置的安裝位置在采樣 基準(zhǔn)問題的有源系統(tǒng)中是一致的，由于在采樣基準(zhǔn)問題中，每個驅(qū)動器有一個1000kn 的峰值控制力，我們同樣對所有減震器的峰值控制力即1000kn強(qiáng)加同樣的約束條件， 被考慮的所有被動的半主動控制系統(tǒng)在568,墨西哥和爾馬拉地震中的評價標(biāo)準(zhǔn)j】到j(luò) “和j “到j(luò)，在表1-3中被分別列出來。三大地震中的最高評價標(biāo)準(zhǔn)在表4中被列 舉出來。在表1-4的第三欄中也列出了 dyke等（2003）規(guī)定的主動控制系統(tǒng)（驅(qū)動器） 的評價標(biāo)準(zhǔn)。在表1-4中列岀的各種控制系統(tǒng)的表現(xiàn)取決于裝置的設(shè)計(jì)，以及控制算法和控制 參數(shù)，對于線性粘滯阻尼器，我們選擇ca = 0. 35,以上唯一的

56、標(biāo)準(zhǔn)被用作選取阻尼系 數(shù)ca就是三大地震的最大控制力不能超過1000kn的極限，注意到最大控制力隨著阻 尼系數(shù)ca的增大而增大。對于半主動復(fù)位剛度阻尼器（r s a s d ）,控制定律在等式 （3）中運(yùn)用r = 0,這條控制定律被證明是非常有效的（yang等，2006）。r s a s d 的有效剛度被選為ke=1500kn/m,因此峰值控制力不會超過1000kn的極限值。對于 遵循等式（7）中控制定律的s s a s d,有效剛度被選為ke = 2000kn/m,因此峰值 控制力不會超過極限值。對于半主動摩擦阻尼器（safd）,其控制定律在等式（9） 中，它被證明是最有效的（he等，2003