結(jié)構(gòu)振動控制的理論、技術(shù)和方法

前言

　　近年來，在大地震和風災造成損失越來越嚴重的情況下，人們越來越認識到傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計對未知強度的自然災害抗御能力的局限性和不可改變性（如地震設防烈度的不準確性及災害性天氣超出歷史統(tǒng)計等）。同時，作為智能結(jié)構(gòu)的一個重要內(nèi)容，結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)及其理論和應用研究也受到極大的重視。結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)改變了傳統(tǒng)的采用承重結(jié)構(gòu)體系直接抵御災害作用的思路，而采用非承重的結(jié)構(gòu)控制裝置或構(gòu)件來減小主體承重結(jié)構(gòu)的災害響應，提高了工程結(jié)構(gòu)抵御災害作用的能力，使工程結(jié)構(gòu)在災害作用下少損壞或不損壞，并使其完全滿足設計要求有了可能，它是土木工程結(jié)構(gòu)防災減災設計思想的新變革?！　∮煽茖W出版社2006年出版的《學科發(fā)展戰(zhàn)略研究報告（2006～2010）·建筑、環(huán)境與土木工程Ⅱ》一書中明確提出了以智能結(jié)構(gòu)為特征的第三代結(jié)構(gòu)的概念。以實現(xiàn)第三代結(jié)構(gòu)為代表，目前結(jié)構(gòu)工程學科的發(fā)展趨勢主要包括：結(jié)構(gòu)材料向高性能、多功能、高耐久性方向發(fā)展；結(jié)構(gòu)體系向多種結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化組合的新型結(jié)構(gòu)方向發(fā)展；結(jié)構(gòu)功能向自感知、自控制、自適應、自診斷、自修復的智能結(jié)構(gòu)方向發(fā)展；結(jié)構(gòu)計算和設計方法向精細化計算與試驗交互性仿真和全壽命性能設計的方向發(fā)展。結(jié)構(gòu)振動控制，尤其是結(jié)構(gòu)控制技術(shù)在實際結(jié)構(gòu)中的應用，是我國“十一五”期間的重點發(fā)展方向。在國際上，結(jié)構(gòu)振動控制研究近年來得到快速發(fā)展，美國已有多項成熟產(chǎn)品提供市場；日本在阪神地震后，為提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，新建的房屋80％以上采用結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)。耗能減振技術(shù)用來提高結(jié)構(gòu)振動耗能能力和提高結(jié)構(gòu)阻尼，作為解決工程問題的有效途徑得到較大程度的重視，一些大型結(jié)構(gòu)上采用了主被動動力吸振結(jié)構(gòu)控制裝置，降低了結(jié)構(gòu)風振響應，保證了結(jié)構(gòu)抗震安全，體現(xiàn)了在現(xiàn)代大型結(jié)構(gòu)上采用高新技術(shù)提高結(jié)構(gòu)安全性和滿足高水平功能要求的發(fā)展趨勢。我國上海環(huán)球金融中心和廣州新電視塔上均采用了主動和主被動混合控制技術(shù)?！　∧壳埃芯坑行?、經(jīng)濟、簡單、可靠的結(jié)構(gòu)振動控制裝置已成為研究和實踐發(fā)展的趨勢，這對在建筑結(jié)構(gòu)上普及采用結(jié)構(gòu)控制技術(shù)意義重大。結(jié)構(gòu)振動控制研究的重點是，為推動結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)在工程中應用進行的優(yōu)化設計理論方法和關鍵技術(shù)研究，特別強調(diào)應用結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)，針對具體工程問題所提出的具體結(jié)構(gòu)控制方案，以及采取的理論方法和關鍵技術(shù)。本書從理論研究和工程實踐角度，提出了多項針對具體問題的結(jié)構(gòu)控制理論、方法和關鍵技術(shù)，在結(jié)構(gòu)控制研究領域有較大的導向作用和啟發(fā)作用。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)總結(jié)了結(jié)構(gòu)振動控制的主要技術(shù)，尤其是耗能減振、隔震結(jié)構(gòu)和調(diào)諧質(zhì)量阻尼動力吸振結(jié)構(gòu)控制技術(shù)；對裝置關鍵技術(shù)、優(yōu)化理論和設計方法進行了歸類；介紹了作者針對具體工程問題的結(jié)構(gòu)控制裝置設計、參數(shù)優(yōu)化和工程應用，以及實現(xiàn)控制裝置在工程應用中的關鍵問題及其解決途徑。在結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)優(yōu)化理論方面，系統(tǒng)介紹了主被動結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化、最優(yōu)控制系統(tǒng)設計，以及控制器在結(jié)構(gòu)中的數(shù)量、位置優(yōu)化的理論和方法；論述了結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)定性和定量分析理論和方法。    本書適合結(jié)構(gòu)工程、地震工程、風工程、防災減災領域的科研工作者、研究生閱讀，也適合從事結(jié)構(gòu)設計和掌握結(jié)構(gòu)抗震和抗風工程中結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的工程技術(shù)人員學習參考。

作者簡介

滕軍，博士，教授，哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院結(jié)構(gòu)工程專業(yè)博士研究生導師，國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師。研究方向為結(jié)構(gòu)振動控制、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、建筑結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)抗震抗風等。擔任國家自然科學基金委員會專家評審組成員、國際結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和控制協(xié)會(IASC)中國分會理事、中國振動工程學會結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和抗振控制專業(yè)委員會常務理事、中國建筑學會高層建筑抗震專業(yè)委員會委員、中國土木工程學會橋梁及結(jié)構(gòu)工程學會風工程委員會委員、中國建筑學會結(jié)構(gòu)減震控制專業(yè)委員會委員等；擔任《地震工程與工程振動》、《世界地震工程》和《工程抗震與加固改造》等刊物編委。 
    作者進行結(jié)構(gòu)振動控制研究始于1986年，是國內(nèi)從事結(jié)構(gòu)振動控制研究較早的學者。作者的結(jié)構(gòu)振動控制研究從較深的理論研究開始，延伸到工程應用研究，特別是應用振動控制的理論和方法解決工程問題。主持完成國家科技支撐計劃重點項目、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金重大研究計劃培育項目、國家自然科學基金項目等。獲得國家科技進步二等獎、中建總公司科學技術(shù)一等獎、廣東省科技進步三等獎和科技奧運先進個人稱號等。在學術(shù)刊物和會議上發(fā)表論文150余篇，獲得國家發(fā)明專利4項。

書籍目錄

前言第1章  被動耗能減振控制裝置概述  1.1  被動耗能減振發(fā)展概況和基本概念    1.1.1  發(fā)展概況    1.1.2  基本概念  1.2  黏彈性阻尼器概述    1.2.1  黏彈性阻尼策略及基本原理    1.2.2  黏彈性阻尼器特點和設計要點    1.2.3  裝置分類、構(gòu)造及應用  1.3  金屬阻尼器概述    1.3.1  基本原理及特點    1.3.2  裝置分類、構(gòu)造及應用  1.4  摩擦阻尼器概述    1.4.1  摩擦阻尼器特點    1.4.2  裝置分類、構(gòu)造及應用  1.5  黏滯液體阻尼器概述    1.5.1  基本原理    1.5.2  黏滯液體阻尼器的改進和發(fā)展    1.5.3  黏滯液體阻尼器應用    1.5.4  黏滯阻尼墻    1.5.5  黏滯阻尼墻的應用  1.6  復合阻尼器簡介    1.6.1  黏彈性-摩擦復合阻尼器    1.6.2  SMA-摩擦復合阻尼器    1.6.3  壓電-摩擦復合阻尼器  1.7  本章小結(jié)  參考文獻第2章  被動耗能減振控制的實用技術(shù)研究  2.1　增強剪力墻連耗能能力的阻尼耗能減振方法　　2.1.1　研究概述    2.1.2　雙列孔軟鋼阻尼器力學性能分析    2.1.3　連梁軟鋼阻尼器的試驗研究    2.1.4　安裝阻尼器的聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應分析    2.1.5　小結(jié)  2.2　提高大廈舒適度的耗能減振設計應用技術(shù)研究    2.2.1　工程概況    2.2.2　屋頂構(gòu)架控制裝置構(gòu)造    2.2.3　彎曲錯動阻尼片工作機理分析    2.2.4　彎曲錯動阻尼片試驗研究    2.2.5　原型結(jié)構(gòu)三維有限元計算分析    2.2.6　安裝阻尼片后結(jié)構(gòu)脈動風荷載作用下的計算結(jié)果    2.2.7　小結(jié)  2.3　鋼結(jié)構(gòu)人行天橋人行激勵作用的振動控制    2.3.1　研究概述    2.3.2　結(jié)構(gòu)模型及人行荷載模擬    2.3.3　結(jié)構(gòu)減振分析    2.3.4　小結(jié)  參考文獻第3章　隔震結(jié)構(gòu)  3.1　引言  3.2　隔震建筑發(fā)展現(xiàn)狀    3.2.1　早期隔震技術(shù)    3.2.2　現(xiàn)代隔震技術(shù)    3.2.3　我國建筑隔震應用特點  3.3　隔震裝置構(gòu)造、工作機理及應用    3.3.1　隔震結(jié)構(gòu)體系的基本特性    3.3.2　疊層橡膠墊支座    3.3.3　摩擦滑移隔震    3.3.4　滑板支座    3.3.5　其他隔震支座  3.4　隔震結(jié)構(gòu)的基本原理    3.4.1　摩擦滑移隔震系統(tǒng)的運動方程    3.4.2　橡膠墊隔震支座的運動方程    3.4.3　隔震結(jié)構(gòu)的減振效果分析  3.5　隔震結(jié)構(gòu)分析方法　　……第4章  調(diào)諧質(zhì)量阻尼控制裝置的關鍵技術(shù)、基本原理及設計方法第5章  結(jié)構(gòu)振動的SATMD控制及碰撞問題第6章  振動控制系統(tǒng)的特性分析及控制律參數(shù)選擇第7章  基于狀態(tài)空間的最優(yōu)控制系統(tǒng)設計方法第8章  隨機系統(tǒng)針對未知擾動輸入的主動自適應控制第9章  控制作用數(shù)量和位置優(yōu)化設計的二次型性能指標增量方法

章節(jié)摘錄

　　第2章　被動耗能減振控制的實用技術(shù)研究　　結(jié)構(gòu)被動耗能減振措施能夠提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全性，增強建筑結(jié)構(gòu)在強烈地震下的抗倒塌性能；結(jié)構(gòu)被動耗能減振措施應用于提高建筑結(jié)構(gòu)的風振舒適度，對減小建筑結(jié)構(gòu)環(huán)境激勵振動、設備激勵振動、行人激勵振動等均十分有效。結(jié)構(gòu)被動耗能減振技術(shù)的應用，要從工程概念出發(fā)，結(jié)合工程特點和減振目標，合理設置減振裝置和構(gòu)件，明確結(jié)構(gòu)減振機理，切實發(fā)揮減振裝置的作用。本章列舉了作者所領導的課題組最新的一些研究成果和工程應用，包括增強剪力墻連梁耗能能力的阻尼耗能減振方法、大廈頂部玻璃幕墻風致振動及結(jié)構(gòu)舒適度控制方法，以及行人激勵下人行天橋減振設計?！　?.1　增強剪力墻連梁耗能能力的阻尼耗能減振方法　　本節(jié)為作者在剪力墻抗震性能及耗能減振方法方面研究的部分內(nèi)容。聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)為剪力墻結(jié)構(gòu)的普遍形式。正常使用和小震時連梁和剪力墻共同工作，保證結(jié)構(gòu)有較大的整體剛度，中震和大震時，依靠連梁率先屈服耗能保護墻肢不破壞和改變整體結(jié)構(gòu)剛度，提供結(jié)構(gòu)抗倒塌的二道防線。但是既有鋼筋混凝土連梁的耗能能力和延性有限，因此提出阻尼耗能連梁方案（滕軍等，2007a，2007b）。

編輯推薦

　　《結(jié)構(gòu)振動控制的理論、技術(shù)和方法》從理論研究和工程實踐角度，提出了多項針對具體問題的結(jié)構(gòu)控制理論、方法和關鍵技術(shù)，在結(jié)構(gòu)控制研究領域有較大的導向作用和啟發(fā)作用。針對目前研究普遍存在的寬泛性，《結(jié)構(gòu)振動控制的理論、技術(shù)和方法》特別強調(diào)工程應用背景的目標性，理論和關鍵技術(shù)均具有明確的應用意義，這為該領域科學研究提供了方法和指導。針對工程界對結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)理解不夠，特別是對其有所了解但在應用上無所適從的現(xiàn)狀，《結(jié)構(gòu)振動控制的理論、技術(shù)和方法》重點論述了各種結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的裝置機理、分類、關鍵技術(shù)、優(yōu)化設計方法，應用結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)解決具體結(jié)構(gòu)抗震和抗風工程問題的裝置方案、分析方法和優(yōu)化設計實例，為結(jié)構(gòu)振動控制的普及應用起到推動作用。

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