与被动控制相关的结构控制算法主要涉及获得 最大控制效益的阻尼器的最优布置和参数优化。然 而，由于作 用 于 工 程 结 构 的 动 力 荷 载，如 地 震、强 风、 海浪等在时间、空间和大小上往往具有明显的随 机 性，按传统确定性结构控制算法很难实现结构反应性 态的精细化控制。而依赖于状态方程描述和 It 微积
引言
为增强工程结构抵御灾害性荷载的能力，早在一 百多年前，人们就尝试将基础隔震原理运用到了结构 抗震设计中。而直至 20 世纪 70 年代初，结构控制概 念的提出，结构减震或振动控制理论和技术在工程实 践中才得到广泛关注和迅速发展。根据控制系统实
基金项目: 国家自然科学基金( 50621062、51108344 ) 、上海市浦江人才 计划( 11PJ1409300) 和土木工程防灾国家重点实验室探索 性研究课题( SLDRCE11-B-04)
DOI:10.15951/j.tmgcxb.2012.s2.021
第 45 卷增刊 2 2012 年
土木程学报
CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL
Vol． 45 2012
高层建筑结构随机振动的最优阻尼器控制策略
彭勇波 李 杰
( 同济大学，上海 200092)
摘要: 提出考虑阻尼器布置与阻尼器参数同步优化的高层建筑结构随机最优控制方法。为有效地寻找每个序列工 况的阻尼器最优拓扑和阻尼器最优参数，分别定义了基于超越概率的层可控指标梯度最小准则和能量均衡最优准 则。上述控制准则内蕴了系统安全性、系统服务性、系统舒适性、阻尼器工作性以及它们之间的均衡。以随机地震 动作用下十层剪切型框架结构的黏滞阻尼器最优控制为例进行分析，结果表明，采用该方法可以以最小的投资获 得最大的控制效益，受控后结构反应沿层分布较受控前更均匀、能达到所期望的结构性态。 关键词: 最优阻尼器控制; 层可控指标梯度; 能量均衡; 超越概率; 随机地震动 中图分类号: O232 TB114． 2 文献标识码: A 文章编号: 1000-131X( 2012) S2-0168-04
Optimal damping control scheme for random vibration of high-rising building structures
Peng Yongbo Li Jie
( Tongji University，Shanghai 200092，China)
Abstract: An integrated scheme for optimization design of damper placement and parameters of passively controlled structures is proposed in the present paper． The scheme features the simultaneous consideration of optimal control force and optimal device placement． Two control criteria with a minimum storey controllability index gradient and an optimal energy trade-off are defined，respectively，to efficiently search for the optimal topology and optimal parameters of dampers． The control criteria both hinge on the exceedance probability that indicates system safety， system serviceability，system comfort，damper workability，and their trade-off． The resolution procedure of the integrated scheme is detailed，and a numerical example is investigated involving a randomly base-excited ten-storey shear frame equipped with viscoelastic dampers． Numerical results reveal that the proposed integrated scheme can gain the maximum control effectiveness with the minimum control cost． The controlled system response is significantly reduced and becomes smoother along the height of the structure，which results in a more desirable structural performance． Keywords: optimal damping control; storey controllability index gradient; energy trade-off; exceedance probability; stochastic ground motions E-mail: lijie@ tongji． edu． cn
作者简介: 彭勇波，博士，讲师 收稿日期: 2012-05-30
施过程中是否需要提供外加能源及所需能源功率大 小，结构控制一般可以分为被动控制、主动控制、半主 动控制与 混 合 控 制 等 类 型［1］。 被 动 控 制 是 指 在 结 构 上附加隔震或耗能减震装置以增加结构阻尼、刚度和 强度特性，一般不需要外加能源。由于其设计相对简 单、在工程中易于实现，且能满足系统稳定性要求，近 年来其研究与应用较为广泛［2］。