利用相邻结构相互作用的被动振动控制理论与应用

现代城市中相邻建筑之间的间距可能过小，一些中高层建筑也可能因使用功能要求设计成多个子结构组成的主从结构。在大地震或强风作用下，相邻结构间发生碰撞的可能性很大。采用耗能减振装置来连接相邻结构，利用结构间的相互作用耗能，这样既能吸收一部分振动能量，又可以避免结构间的碰撞，具有重要的理论与工程应用价值。 项目通过建立简化模型得到了在地震或风载（白噪声随机激励）作用下安装在相邻结构间的被动减振装置最优参数理论表达式,运用遗传算法得到了基于数值模型的被动减振装置优化布置；通过建立多尺度有限元模型定量分析了在强烈地震或强风作用下考虑不同地质条件和结构参数变异性的在相邻结构间设置了被动减振装置的相邻建筑结构振动响应与控制效果，结果表明当场地土的卓越角频率改变时减振器的优化参数变化不大，与理论值吻合良好，从而证明了依据简化模型所得到的理论值与一般结论的可行性和适用性。分析结构参数随机性对减振器优化参数与减振效果的影响，以及减振器优化参数的随机性对减振效果的影响，发现减振器参数的随机性引起减振系数的标准差很小，减振器参数变异性对减振效果的影响可以忽略不计，并进一步得出考虑了实际地质条件和结构复杂性的相邻建筑结构间设置被动减振装置的优化布置；发明了两种连接相邻结构的典型减振装置(流体阻尼器、粘弹性阻尼器)，对近断层地震作用下相邻结构间连接的非线性滞回阻尼器的性能进行了研究，采用Bouc-Wen模型模拟结构的滞回特性，采用参数化研究得到了非线性滞回阻尼器最优的屈服力和屈服位移，然后对非线性滞回阻尼器的控制性能进行了评价；通过模型试验验证了减振效果。推导了新的Hertzdamp碰撞模型,分析了相邻结构碰撞机理，对该模型中阻尼常数的表达式进行了修正, 通过数值验证得出该模型能够更加精确的模拟碰撞反应；进行了在地震作用下相邻结构的易损性分析以及在相邻结构间设置了被动减振装置的控制效果评价，得到了控制和未控时相邻结构的地震易损性曲线，对于减轻强震或强风作用下相邻结构的振动响应具有重要的作用。 发表基金资助的SCI检索论文5篇、EI检索论文5篇，取得授权国家发明专利2项，举办了2次国际学术会议；邀请多位国际著名结构振动控制专家来校作学术访问，10余人次参加多个重要的国际学术会议和国内学术会议，作一次大会特邀报告，并到多所国际著名研究机构作学术交流。 2100433B

现代城市中相邻建筑之间的间距可能过小，一些中高层建筑也可能因使用功能要求设计成多个子结构组成的主从结构。在大地震或强风作用下，相邻结构间发生碰撞的可能性很大。采用耗能减振装置来连接相邻结构，利用结构间的相互作用耗能，这样既能吸收一部分振动能量，又可以避免结构间的碰撞，具有重要的理论与工程应用价值。项目通过建立简化模型得到在地震或风载（白噪声随机激励）作用下相邻结构间被动减振装置的最优参数表达式和优化布置方式；基于多尺度的有限元建摸技术定量分析在强烈地震或强风作用下考虑不同地质条件和结构参数变异性的在相邻结构间设置了被动减振装置的相邻建筑结构振动响应与控制效果，研究依据简化模型所得到的理论值与一般结论的可行性和适用性，进一步得出考虑了实际地质条件和结构复杂性的相邻建筑结构间设置被动减振装置的优化参数与优化布置；提出连接相邻结构的典型减振装置及构造措施，通过模型试验进行验证，并应用于实际工程。

《列车-轨道-桥梁动力相互作用理论与工程应用》阐述了作者及其研究组在列车轨道-桥梁动力相互作用理论与应用研究领域所取得的系统性成果。全书共十章，前五章论述列车-轨道桥梁动力相互作用理论基础，包括理论模型、动力学方程、系统激励、数值仿真方法及其试验验证；第6章介绍列车-轨道-桥梁相互作用系统动力响应的基本特性；第7章讨论列车过桥动力性能评估方法与评价标准；后三章（第8、9、10章）通过选取有代表性的若干重点工程应用实例，介绍列车-轨道-桥梁动力相互作用理论与安全评估方法在中国铁路提速工程及高速铁路工程中的应用实践。《列车-轨道-桥梁动力相互作用理论与工程应用》不仅理论性强，而且极具工程实用性，适合于铁路工程特别是桥梁工程领域的研究、设计人员及工程技术人员阅读参考，并可作为高等院校铁道工程、桥梁工程、载运工具运用工程等专业方向的博士、硕士研究生教学用书。

迄今对结构健康监测和振动控制的研究基本是分别进行，缺乏对建筑结构监测与振动控制实时结合进行研究。然而，将结构监测系统和振动控制系统分开，在实际应用这两种系统时，不仅不经济，更重要的是会导致结构在受到未知荷载、发生损伤时无法对结构实时有效进行振动控制。本项目针对现有研究的不足和实际结构监测与控制的需求，尤其是若干需解决的问题。研究：1）结构未知荷载辨识与振动控制实时结合；2）结构被动控制/隔震控制力的实时辨识；3）小型结构突发损伤诊断与主动/半主动振动控制实时结合；4）大型结构突发损伤分散诊断与分散主动/半主动振动控制实时结合，提出有效对结构荷载与结构损伤监测与主动/被动振动控制实时相结合的理论方法，达到实时对建筑结构进行监测与有效振动控制结合的目的。实时地将结构监测与振动控制相结合进行研究，是本项目最显著的特色与创新，提出的方法不仅在理论上具有学术创新，且具有实际应用价值与前景。

目前对结构健康监测和振动控制的研究基本是分别进行，缺乏对建筑结构监测与振动控制实时结合进行研究。项目研究针对现有研究的不足和实际结构监测与控制的需求，尤其是若干需解决的问题。进行：1）结构未知荷载辨识与振动控制实时结合；2）结构被动控制/隔震控制力的实时辨识；3）小型结构突发损伤诊断与主动/半主动振动控制实时结合；4）大型结构突发损伤分散诊断与分散主动/半主动振动控制实时结合等研究。提出了系列有效对结构荷载与结构损伤监测与主动/被动振动控制实时相结合的方法，而且提出的方法通过数值模拟和模型试验进行了验证， 能达到实时对建筑结构进行监测与有效振动控制结合的目的。“实时”地将结构监测与振动控制相结合进行研究，是本项目最显著的特色与创新。项目研究成果对促进结构健康监测与结构振动控制的结合，以及智能结构的发展不仅在理论上具有学术创新，而且具有实际应用价值与前景。 研究成果在国内外学术杂志和学术会议文集上发表论文18篇，其中在SCI收录的国际学术期刊论文11篇；EI收录的国内学术期刊论文2篇；国际/国内学术会议论文5篇，超出了申报书预期发表论文15-16篇，其中在SCI收录的国际学术期刊上发表5-6篇的数量。 2100433B