結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的理論、技術(shù)和方法

前言

　　近年來，在大地震和風(fēng)災(zāi)造成損失越來越嚴(yán)重的情況下，人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)未知強(qiáng)度的自然災(zāi)害抗御能力的局限性和不可改變性（如地震設(shè)防烈度的不準(zhǔn)確性及災(zāi)害性天氣超出歷史統(tǒng)計(jì)等）。同時(shí)，作為智能結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要內(nèi)容，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)及其理論和應(yīng)用研究也受到極大的重視。結(jié)構(gòu)振動(dòng)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(zāi)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(zāi)害響應(yīng)，提高了工程結(jié)構(gòu)抵御災(zāi)害作用的能力，使工程結(jié)構(gòu)在災(zāi)害作用下少損壞或不損壞，并使其完全滿足設(shè)計(jì)要求有了可能，它是土木工程結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)思想的新變革?！　∮煽茖W(xué)出版社2006年出版的《學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)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(shí)現(xiàn)第三代結(jié)構(gòu)為代表，目前結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)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(yīng)、自診斷、自修復(fù)的智能結(jié)構(gòu)方向發(fā)展；結(jié)構(gòu)計(jì)算和設(shè)計(jì)方法向精細(xì)化計(jì)算與試驗(yàn)交互性仿真和全壽命性能設(shè)計(jì)的方向發(fā)展。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制，尤其是結(jié)構(gòu)控制技術(shù)在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，是我國(guó)“十一五”期間的重點(diǎn)發(fā)展方向。在國(guó)際上，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制研究近年來得到快速發(fā)展，美國(guó)已有多項(xiàng)成熟產(chǎn)品提供市場(chǎng)；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(dòng)控制技術(shù)。耗能減振技術(shù)用來提高結(jié)構(gòu)振動(dòng)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(dòng)動(dòng)力吸振結(jié)構(gòu)控制裝置，降低了結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)，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(shì)。我國(guó)上海環(huán)球金融中心和廣州新電視塔上均采用了主動(dòng)和主被動(dòng)混合控制技術(shù)?！　∧壳?，研究有效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、可靠的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制裝置已成為研究和實(shí)踐發(fā)展的趨勢(shì)，這對(duì)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(dòng)控制研究的重點(diǎn)是，為推動(dòng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)在工程中應(yīng)用進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法和關(guān)鍵技術(shù)研究，特別強(qiáng)調(diào)應(yīng)用結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)，針對(duì)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(guān)鍵技術(shù)。本書從理論研究和工程實(shí)踐角度，提出了多項(xiàng)針對(duì)具體問題的結(jié)構(gòu)控制理論、方法和關(guān)鍵技術(shù)，在結(jié)構(gòu)控制研究領(lǐng)域有較大的導(dǎo)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(dòng)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(dòng)力吸振結(jié)構(gòu)控制技術(shù)；對(duì)裝置關(guān)鍵技術(shù)、優(yōu)化理論和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了歸類；介紹了作者針對(duì)具體工程問題的結(jié)構(gòu)控制裝置設(shè)計(jì)、參數(shù)優(yōu)化和工程應(yīng)用，以及實(shí)現(xiàn)控制裝置在工程應(yīng)用中的關(guān)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(dòng)結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化、最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(fēng)工程、防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域的科研工作者、研究生閱讀，也適合從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和掌握結(jié)構(gòu)抗震和抗風(fēng)工程中結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。

作者簡(jiǎn)介

滕軍，博士，教授，哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院結(jié)構(gòu)工程專業(yè)博士研究生導(dǎo)師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師。研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)振動(dòng)控制、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、建筑結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)抗震抗風(fēng)等。擔(dān)任國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)專家評(píng)審組成員、國(guó)際結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和控制協(xié)會(huì)(IASC)中國(guó)分會(huì)理事、中國(guó)振動(dòng)工程學(xué)會(huì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和抗振控制專業(yè)委員會(huì)常務(wù)理事、中國(guó)建筑學(xué)會(huì)高層建筑抗震專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)橋梁及結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)風(fēng)工程委員會(huì)委員、中國(guó)建筑學(xué)會(huì)結(jié)構(gòu)減震控制專業(yè)委員會(huì)委員等；擔(dān)任《地震工程與工程振動(dòng)》、《世界地震工程》和《工程抗震與加固改造》等刊物編委。 
    作者進(jìn)行結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制研究始于1986年，是國(guó)內(nèi)從事結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制研究較早的學(xué)者。作者的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制研究從較深的理論研究開始，延伸到工程應(yīng)用研究，特別是應(yīng)用振動(dòng)控制的理論和方法解決工程問題。主持完成國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃培育項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等。獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、中建總公司科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)、廣東省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)和科技奧運(yùn)先進(jìn)個(gè)人稱號(hào)等。在學(xué)術(shù)刊物和會(huì)議上發(fā)表論文150余篇，獲得國(guó)家發(fā)明專利4項(xiàng)。

書籍目錄

前言第1章  被動(dòng)耗能減振控制裝置概述  1.1  被動(dòng)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(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)    1.2.3  裝置分類、構(gòu)造及應(yīng)用  1.3  金屬阻尼器概述    1.3.1  基本原理及特點(diǎn)    1.3.2  裝置分類、構(gòu)造及應(yīng)用  1.4  摩擦阻尼器概述    1.4.1  摩擦阻尼器特點(diǎn)    1.4.2  裝置分類、構(gòu)造及應(yīng)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(jìn)和發(fā)展    1.5.3  黏滯液體阻尼器應(yīng)用    1.5.4  黏滯阻尼墻    1.5.5  黏滯阻尼墻的應(yīng)用  1.6  復(fù)合阻尼器簡(jiǎn)介    1.6.1  黏彈性-摩擦復(fù)合阻尼器    1.6.2  SMA-摩擦復(fù)合阻尼器    1.6.3  壓電-摩擦復(fù)合阻尼器  1.7  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第2章  被動(dòng)耗能減振控制的實(shí)用技術(shù)研究  2.1　增強(qiáng)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(xué)性能分析    2.1.3　連梁軟鋼阻尼器的試驗(yàn)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(yīng)分析    2.1.5　小結(jié)  2.2　提高大廈舒適度的耗能減振設(shè)計(jì)應(yīng)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(cuò)動(dòng)阻尼片工作機(jī)理分析    2.2.4　彎曲錯(cuò)動(dòng)阻尼片試驗(yàn)研究    2.2.5　原型結(jié)構(gòu)三維有限元計(jì)算分析    2.2.6　安裝阻尼片后結(jié)構(gòu)脈動(dòng)風(fēng)荷載作用下的計(jì)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(lì)作用的振動(dòng)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(xiàn)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(guó)建筑隔震應(yīng)用特點(diǎn)  3.3　隔震裝置構(gòu)造、工作機(jī)理及應(yīng)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(yùn)動(dòng)方程    3.4.2　橡膠墊隔震支座的運(yùn)動(dòng)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(guān)鍵技術(shù)、基本原理及設(shè)計(jì)方法第5章  結(jié)構(gòu)振動(dòng)的SATMD控制及碰撞問題第6章  振動(dòng)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(shè)計(jì)方法第8章  隨機(jī)系統(tǒng)針對(duì)未知擾動(dòng)輸入的主動(dòng)自適應(yīng)控制第9章  控制作用數(shù)量和位置優(yōu)化設(shè)計(jì)的二次型性能指標(biāo)增量方法

章節(jié)摘錄

　　第2章　被動(dòng)耗能減振控制的實(shí)用技術(shù)研究　　結(jié)構(gòu)被動(dòng)耗能減振措施能夠提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全性，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震下的抗倒塌性能；結(jié)構(gòu)被動(dòng)耗能減振措施應(yīng)用于提高建筑結(jié)構(gòu)的風(fēng)振舒適度，對(duì)減小建筑結(jié)構(gòu)環(huán)境激勵(lì)振動(dòng)、設(shè)備激勵(lì)振動(dòng)、行人激勵(lì)振動(dòng)等均十分有效。結(jié)構(gòu)被動(dòng)耗能減振技術(shù)的應(yīng)用，要從工程概念出發(fā)，結(jié)合工程特點(diǎn)和減振目標(biāo)，合理設(shè)置減振裝置和構(gòu)件，明確結(jié)構(gòu)減振機(jī)理，切實(shí)發(fā)揮減振裝置的作用。本章列舉了作者所領(lǐng)導(dǎo)的課題組最新的一些研究成果和工程應(yīng)用，包括增強(qiáng)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(fēng)致振動(dòng)及結(jié)構(gòu)舒適度控制方法，以及行人激勵(lì)下人行天橋減振設(shè)計(jì)?！　?.1　增強(qiáng)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(shí)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(shí)，依靠連梁率先屈服耗能保護(hù)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(dòng)控制的理論、技術(shù)和方法》從理論研究和工程實(shí)踐角度，提出了多項(xiàng)針對(duì)具體問題的結(jié)構(gòu)控制理論、方法和關(guān)鍵技術(shù)，在結(jié)構(gòu)控制研究領(lǐng)域有較大的導(dǎo)向作用和啟發(fā)作用。針對(duì)目前研究普遍存在的寬泛性，《結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的理論、技術(shù)和方法》特別強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用背景的目標(biāo)性，理論和關(guān)鍵技術(shù)均具有明確的應(yīng)用意義，這為該領(lǐng)域科學(xué)研究提供了方法和指導(dǎo)。針對(duì)工程界對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)理解不夠，特別是對(duì)其有所了解但在應(yīng)用上無所適從的現(xiàn)狀，《結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的理論、技術(shù)和方法》重點(diǎn)論述了各種結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的裝置機(jī)理、分類、關(guān)鍵技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)解決具體結(jié)構(gòu)抗震和抗風(fēng)工程問題的裝置方案、分析方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例，為結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的普及應(yīng)用起到推動(dòng)作用。

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