基于磁流变多维减振装置的建筑结构减震研究

Buildings collapsed and destruction is the main reason of causing casualties in the earthquake, intelligent control technology based on the magnetorheological damper (MRD) is an effective means to improve their seismic performance. However, most MRD can only be achieved unidirectional damping, meanwhile, the MRD controlled structures are mostly serious discrepancies with the three-dimensional vibration characteristics of those due to simplified plane model. Therefore, the magnetorheological multi-dimensional damping device (MMDD) and seismic performance with its controlled structures are the research subjects of this topic. The concrete content includes theoretical analysis and exploration of the texture and structure principle and design method of MMDD; reveal the influence rule of the mechanical properties in horizontal and vertical of MMDD affected by current, displacement, velocity, frequency, according to tests. Construction of the mathematical model taking all MMDD multi-dimensional performance into consideration according to the test results; theoretical analysis and establishment of multi-dimensional dynamic simulation model to architectural structures by adding MMDD and control algorithm; investigation of the multi-dimensional seismic performance of building structures equipped MMDD. Successful implementation of this topic will not only provides a new way to solve the multi-dimensional damping challenging problems of structures, but also provides strong theoretical and technical supports for multi-dimensional dynamic simulation analysis to MMDD controlled structures.

房屋建筑倒塌与破坏是地震致人伤亡的最主要原因，基于磁流变阻尼器(MRD)的智能控制技术是提高其抗震性能的有效手段。但大多数MRD仅具有单向减振性能，且MRD受控建筑结构大多被简化为平面模型，与结构的多维振动特性严重不符。本课题以磁流变多维减振装置（MMDD）及其受控建筑结构为研究对象，对MMDD的力学性能及其受控建筑结构的多维抗震性能进行研究。具体内容包括：理论分析并探索MMDD的结构构造原理和设计方法；采用试验研究的方法揭示电流、位移、速度、频率对MMDD水平向和竖向力学性能的影响规律，基于试验结果构建能同时描述MMDD多维力学性能的力学模型；理论分析并构建加入MMDD和控制算法的建筑结构的多维动力分析模型；通过仿真分析探讨加入MMDD建筑结构的多维抗震性能。课题的成功实施将为结构的多维减震难题提供一种新手段，同时也为MMDD受控结构的多维动力仿真分析提供有力的理论和技术支持。

针对建筑结构的多维减震问题，分别从磁流变多维减震装置的设计方法、装置的力学性能试验和力学模型、加入磁流变减震装置建筑结构的多维动力分析模型及仿真分析等方面开展了研究，主要成果如下：（1）依据前期提出的磁流变阻尼器的设计方法，提出了磁流变多维减震装置的结构构造设计、尺寸设计和磁路结构设计方法，设计并制作了具有多向减震功能的磁流变多维减震装置，为建筑结构多维减震提供了一种新方法。（2）在6种不同电流、4种不同位移幅值和4种不同频率下对磁流变阻尼器进行了力学性能试验，揭示了磁流变阻尼器的力学性能和耗能性能随电流、频率、速度和位移幅值的变化规律，为磁流变阻尼器力学模型的提出及工程应用提供了数据基础。（3）根据试验结果，提出了磁流变减震装置的力学模型，即修正的Sigmoid模型，该模型不仅能描述装置力学性能随电流、频率、速度和位移幅值的变化规律，也能描述装置的非线性滞回性能，从而为磁流变减震装置的数学建模和数值仿真分析提供理论参考。（4）以前期提出的磁流变减震装置受控建筑结构的平面模型为基础，采用空间杆单元建立了加入磁流变减震装置建筑结构的多维动力分析模型，采用MATLAB软件开发了未控和磁流变减震装置受控建筑结构多维动力分析模型的仿真分析程序；对未控和磁流变减震装置受控建筑结构进行了多维地震响应分析，研究了磁流变减震装置对建筑结构的多维震动控制和扭转震动控制效果，从而为磁流变减震装置受控结构的多维动力仿真分析提供理论和技术支持。项目资助发表国内外期刊论文6篇，授权发明专利2项，实用新型专利3项，参与国内外学术会议或研讨会9次。培养硕士生1名，1名在读。项目获批经费25万元，支出19.3195万元，剩余经费计划用于论文版面费、专利费和研究生助研费等。