工程结构减振控制

本书为土木工程研究生系列教材之一。

本书主要介绍了结构在地震和风荷载作用下的减振控制的基本理论和方

法。共分12章，主要内容包括：风荷载及结构风振响应分析、地震作用及结

构地震响应分析、结构状态方程及其最优控制、结构基础隔震技术与隔震装

置、基础隔震结构地震反应及特征、结构基础隔震设计、结构减振技术与减

振装置、结构消能减振设计、被动调频阻尼器及其结构减振设计、主动质量

阻尼器及结构主动控制和结构减振控制研究展望。

本书可用作土木工程学科的研究生教材，也可供从事结构振动控制、力

学、机械、航空航天等有关工程研究与工程技术人员参考。

土木工程研究生系列教材序

前言

第1章 概述

1．1 抗震设计理论的发展

1．2 抗风设计理论的发展

1．2．1 近地风研究现状

1．2．2 钝体空气动力学研究进展

1．2．3 结构风致振动研究进展

1．3 结构减振防灾新对策与抗震抗风新技术

1．4 结构隔震的概念及其隔震机理

1．5 结构减振控制的概念及其减振机理

1．6 结构抗震、隔震和减振控制的对比分析

第2章 风荷载及结构风振响应分析

2．1 风荷载的模拟

2．1．1 顺风向平均风荷载

2．1．2 顺风向脉动风荷栽

2．1．3 横风向脉动风荷载

2．2 结构脉动风振响应的频域分析

2．2．1 顺风向振动分析

2．2．2 横风向振动分析

2．3 结构振动响应的时域分析

第3章 地震作用及结构地震响应分析

3．1 地震波的选择

3．2 人造地震波的模拟

3．2．1 三角级数方法

3．2．2 ARMA模型仿真方法

3．2．3 地震动功率谱密度函数

3．3 结构地震响应分析

3．3．1 时程分析方法

3．3．2 振型分解反应谱法

第4章 结构状态方程及其最优控制

4．1 状态方程

4．1．1 状态变量与状态方程

4．1．2 多自由度体系状态方程

4．1．3 线性定常系统状态方程的解

4．2 最优控制的变分法

4．2．1 变分法求解最优控制

4．2．2 黎卡提(Riccati)矩阵微分方程

第5章 结构基础隔震技术与隔震装置

5．1 基础隔震的历史发展和现状

5．2 基础隔震技术分类

5．2．1 橡胶垫基础隔震系统

5．2．2 滑移基础隔震系统

5．2．3 混合基础隔震系统

5．3 建筑隔震橡胶支座

5．3．1 构造与分类

5．3．2 建筑隔震橡胶支座的形状系数

5．3．3 建筑隔震橡胶支座的竖向性能

5．3．4 建筑隔震橡胶支座的水平性能

5．3．5 建筑隔震橡胶支座的相关性能

第6章 基础隔震结构地震反应及特征

6．1 基础隔震结构分析

6．1．1 隔震层分析模型

6．1．2 隔震系统的参数

6．1．3 隔震系统地震反应分析

6．2 线性隔震系统动力反应及隔震层刚度和阻尼的确定

6．2．1 线性隔震系统的动力方程

6．2．2 隔震层刚度和阻尼的确定

6．3 双线性隔震系统地震反应

6．3．1 双线性隔震系统的动力分析

6．3．2 双线性隔震系统地震反应特征

6．4 并联基础隔震系统地震反应特征与隔震层参数的优选

6．4．1 并联基础隔震系统的动力模型

6．4．2 并联基础隔震系统地震反应的一般特征

6．4．3 并联基础隔震系统隔震层参数的优选

6．5 基础滑移隔震结构地震反应分析

6．5．1 隔震层动力分析模型

6．5．2 滑移隔震系统动力分析模型

6．5．3 工程算例

第7章 结构基础隔震设计

7．1 基础隔震结构概念设计

7．2 基础隔震结构设计的要求与方法

7．3 基础隔震结构地震作用计算

7．3．1 等效侧力法

7．3．2 时程分析法

7．4 隔震层设计

7．4．1 隔震层的布置

7．4．2 隔震层受压承载力验算

7．4．3 隔震支座位移验算

7．4．4 隔震支座弹性恢复力和抗风装置验算

7．4．5 隔震结构抗倾覆验算

7．4．6 构造措施

7．5 上部结构设计

7．5．1 上部结构截面抗震验算

7．5．2 上部结构变形验算

7．5．3 上部结构的构造措施

7．6 下部结构和地基基础设计

7．7 橡胶垫基础隔震算例

第8章 结构减振技术与减振装置

8．1 结构减振控制技术的发展与现状

8．2 结构减振技术的分类

8．3 金属阻尼器

8．3．1 金属阻尼器的分类、构造及减震原理

8．3．2 金属阻尼器的力学模型

8．3．3 安装有金属阻尼器结构的分析方法

8．3．4 工程应用

8．4 摩擦阻尼器

8．4．1 摩擦阻尼器的种类、构造及减震机理

8．4．2 摩擦阻尼器的力学模型

8．4．3 加入摩擦阻尼器结构的分析方法

8．4．4 工程应用

8．5 粘弹性阻尼器

8．5．1 粘弹性阻尼器的构造、性能与特点

8．5．2 粘弹性阻尼器的力学模型

8．5．3 加入粘弹性阻尼器结构的分析方法

8．5．4 工程应用

8．6 粘滞流体阻尼器

8．6．1 粘滞流体材料的特性和耗能原理

8．6．2 粘滞流体阻尼器的构造、性能与特点

8．6．3 粘滞流体阻尼器的计算模型

8．6．4 加入粘滞流体阻尼器结构的分析方法

8．6．5 工程应用

8．7 粘滞阻尼墙

8．7．1 粘滞阻尼墙的构造及减振原理

8．7．2 粘滞阻尼墙的力学模型

8．7．3 粘滞阻尼墙的分析方法

8．7．4 工程应用

8．8 形状记忆合金阻尼器

8．8．1 形状记忆合金的特性

8．8．2 形状记忆合金的本构模型

8．8．3 形状记忆合金阻尼器及其力学模型

8．8．4 安装有形状记忆合金阻尼器的结构分析方法

8．9 磁流变阻尼器

8．9．1 磁流变体的力学性能

8．9．2 磁流变阻尼器的构造、性能与特点

8．9．3 磁流变阻尼器的力学模型

8．9．4 加入磁流变阻尼器结构的分析方法

第9章 结构消能减振设计

9．1 概述

9．1．1 结构消能减振机理

9．1．2 结构消能减振体系的分类

9．1．3 消能阻尼器的分类

9．2 结构消能减振的概念设计

9．2．1 消能减振结构的适用范围

9．2．2 消能减振结构的设防目标

9．2．3 消能减振结构的性能要求

9．2．4 消能减振装置的选择

9．2．5 消能减振装置参数的选择

9．2．6 消能减振装置的布置

9．3 消能减振结构的实用设计方法

9．3．1 粘滞流体阻尼器的振型分解方法

9．3．2 粘弹性阻尼器的振型分解方法

9．3．3 设计计算步骤

9．3．4 消能减振装置的连接节点要求

9．4 设计实例

9．4．1 软钢耗能支撑阻尼器的结构减振设计实例

9．4．2 粘弹性阻尼墙结构减振应用实例

9．4．3 线性粘滞流体阻尼器结构抗震设计实例

9．4．4 非线性粘滞流体阻尼器在结构抗震加固工程中的应用

第10章 被动调频阻尼器及其结构减振设计

10．1 调频液体阻尼器及其结构分析

10．1．1 简介

10．1．2 调频液体阻尼器的减振原理．

10．1．3 调频液体阻尼器结构分析

10．1．4 南京电视塔TLD风振控制

10．2 调频质量阻尼器及其结构分析

10．2．1 简介

10．2．2 调频质量阻尼器的减振原理

10．2．3 结构分析

10．2．4 合肥电视塔风振和地震响应的TMD振动控制

10．3 被动调频减振设计

10．3．1 概念设计

10．3．2 实用设计方法

10．4 被动调频减振设计实例

10．4．1 TMD风振控制实例

10．4．2 北京太平桥大街人行过街天桥采用TMD系统的减振设计

第11章 主动质量阻尼器及结构主动控制

11．1 简介

11．2 AMD结构控制的减振原理

11．3 结构主动控制算法

11．3．1 线性最优控制算法

11．3．2 极点配置法

11．3．3 瞬时最优控制算法

11．3．4 独立模态空间控制算法

11．3．5 滑动模态控制算法

11．3．6 ■状态反馈控制算法

11．3．7 最优多项式控制

11．3．8 预测控制算法

11．4 时滞效应对结构主动控制的影响

11．5 AMD在南京电视塔风振控制中的应用

11．5．1 风振控制方案的选择

11．5．2 主动控制模型

11．5．3 南京电视塔风振主动控制系统的实施

第12章 结构减振控制研究展望

12．1 概述

12．2 结构被动控制研究展望

12．3 主动控制研究展望

12．4 混合控制研究展望

12．5 半主动控制研究展望

12．6 智能控制研究展望2100433B

总序

前言

第1章 工程结构减振控制的基本概念

第1节 减振控制技术的概念及发展

第2节 基础隔震

第3节 结构的被动控制减振体系

第4节 结构的主动控制减振体系

第5节 半主动控制和混合控制

第6节 结构消能减振体系的分类

第7节 消能器的分类

第8节 国外的研究和应用现状

第9节 国内的研究和应用现状

第2章 高楼顶加钢塔结构体系的振动分析

第1节 高楼顶加钢塔结构体系的研究与应用现状

第2节 高楼顶加钢塔结构的动力特性

第3节 高楼顶加钢塔结构体系的地震响应分析

第4节 高楼顶钢塔风振响应简化计算

第5节 本章小结

第3章 高楼顶钢塔地震响应的鞭梢效应

第1节 突出屋面小塔楼的地震作用和规范方法分析

第2节 高楼顶钢塔鞭梢效应产生原因的理论分析

第3节 高楼顶钢塔鞭梢效应的算例分析

第4节 本章小结

第4章 高楼顶加钢塔结构体系整体阻尼比的分析与研究

第1节 概述

第2节 阻尼模型

第3节 瑞雷阻尼及其在弹塑性动力分析中的拓展形式

第4节 阻尼比

第5节 阻尼研究的若干关键问题分析

第6节 高楼顶加钢塔整体结构阻尼比的计算

第7节 本章小结

第5章 高楼顶加钢塔结构体系的简化抗震计算方法

第1节 简化计算公式的构思

第2节 计算实例分析

第3节 高楼顶加钢塔结构体系简化计算公式的推导

第4节 计算方法的比较

第5节 本章的计算方法与两个试验数据的对比

第6节 本章小结

第6章 高楼顶加钢塔结构体系的减振控制研究与应用

第1节 采用粘滞流体阻尼器的建筑结构消能减振设计原理

第2节 采用粘滞流体阻尼器的建筑结构消能减振设计方法

第3节 阻尼器的构造及安放位置确定

第4节 微波发射塔在风荷载作用下的振动和控制分析

第5节 微波发射塔在地震作用下振动和控制分析

第6节 钢塔楼与主体建筑连接处的非线性有限元分析

第7节 宿迁市某综合楼采用粘滞流体阻尼器的消能减振设计

第8节 北京某过街天桥采用TMD系统的消能减振设计

第9节 本章小结

附录1 集成化通用的结构分析与设计软件SAP2000的介绍

第1节 一般特性

第2节 绘图功能

……

附录2 国际领先的建筑结构分析与设计软件ETABS的介绍

参考文献

出版者的话 2100433B

本书系“简明土木工程系列专辑”中的一本。本书在介绍工程结构减振控制的基本理论及减振设计方法的基础上，结合我国规范，针对我国近年来出现的高楼顶加钢塔这一结构形式的动力特性进行了研究，并以弹性动力分析法为基础，在分析影响高楼顶钢塔地震作用的因素，并将其转化为可供分析使用的参数——质量、刚度和高度，进而找出这些参数对地震作用放大系数影响规律，提出了高楼顶加钢塔结构体系的简化计算方法。在工程应用方面，选取两个工程实例，对组合结构体系的整体阻尼比、减振计算及设计、鞭梢效应等给出了详细的计算方法。

本书可供土木工程专业研究生及大学教师参考，也可供结构设计人员及从事抗震减振的研究人员使用和参考。