主动质量阻尼器(AMD)概要
悬索桥梁的风致振动控制与减震
02
调谐液体阻尼器（ TLD）
利用液体的晃动效应来耗散振动 能量，适用于大跨度桥梁的横向 振动控制。
03
粘弹性阻尼器
通过粘弹性材料的剪切变形来耗 散能量，具有稳定的耗能能力和 良好的耐久性。
主动控制方法
主动质量阻尼器（AMD）
通过实时测量结构响应并主动施加反向振动，以抵消风致振动的 能量。
01
02
03
结构疲劳
长期的风致振动会导致桥 梁结构疲劳损伤，降低结 构的承载能力和使用寿命 。
行车安全
风致振动会影响桥梁的行 车安全，如涡激振动可能 导致桥面晃动，影响行车 稳定性。
结构稳定性
严重的风致振动可能导致 桥梁结构失稳，甚至引发 灾难性后果。
03
风致振动控制方法与技术
被动控制方法
01
调谐质量阻尼器（ TMD）
风力发电装置（WEC）
将风能转化为电能，同时产生反向扭矩以抵消风致振动的能量。
主动拉索控制
通过调整拉索的张力，改变结构的刚度和阻尼特性，从而实现对风 致振动的主动控制。
混合控制方法
1 2 3
主动与被动混合控制
结合主动和被动控制方法的优点，通过主动控制 提高系统的性能，同时利用被动控制保证系统的 稳定性和可靠性。
2 跨海大桥等特殊桥梁的抗风设计
针对跨海大桥、高墩大跨桥梁等特殊桥梁结构，研究有 效的抗风设计方法和控制策略。
3 精细化建模与仿真
发展精细化建模和仿真技术，更准确地模拟桥梁在复杂 风环境下的动力响应，为风致振动控制提供理论支撑。
4 跨学科合作与创新
加强土木工程、力学、材料科学、计算机科学等学科的 交叉融合，推动悬索桥梁风致振动控制与减震技术的创 新发展。
基于H∞理压电陶瓷结构主动控制论文
基于H∞理论的压电陶瓷结构主动控制研究摘要：在一单层钢框架结构两侧分别粘贴两片压电陶瓷片，其中一片用作驱动器来控制结构的振动，另一片作传感器来测量结构的响应信息。
利用系统识别方法，建立了框架结构的数学模型，并基于h∞理论设计了相应的主动控制算法。
实验结果表明，用压电陶瓷片作驱动器能够有效减小结构的振动，从而验证了压电陶瓷片用作结构主动控制的可行性和h∞控制算法的有效性。
关键词：压电陶瓷系统识别主动控制 h∞理论1.简介位于地震区或强风区的建筑结构，在使用期间可能会在外部动力荷载作用下产生振动，这种振动的强度从无害到严重不等，如果振动的强度过高，可能会导致结构破坏。
工程师们还不能设计出在地震或强风作用下绝对安全的建筑结构，而结构控制的在减小结构振动方面是比较有发展前景的。
结构控制装置是指安装在结构上，为减小地震或风等外部荷载作用下结构振动的机构。
结构控制的目的是增强结构的安全性和建筑内人员的舒适度。
根据控制装置的类型，结构控制通常分为被动控制，主动控制及半主动控制。
主动控制系统能够适应外部不同的荷载条件并可控制结构的多模态振动（housner et al. 1997）。
最常用的主动控制装置是主动质量阻尼器（active mass dampers，amd），它是通过在被动调谐质量阻尼器（tuned liquid dampers，tmd）中加入一个主动控制作动器而形成的控制系统。
1989年，日本东京的kyobashi seiwa大厦成为世界上第一个实现主动控制的建筑结构(kobori et al. 1991)。
20世纪80年代初，一些学者采用压电陶瓷元件进行了柱状天线模型的控制，开创了运用压电陶瓷材料进行振动控制的先河。
压电陶瓷是一种能够利用压电效应将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，它具有响应速度快、频响范围宽的特点，其正逆电效应特性使得其既可以作为传感元件也可作为驱动元件，并且可以加工的很薄从而适合安装于结构表面或者埋在机构中。
高层建筑的风振控制研究
高层建筑的风振控制研究摘要：高层建筑在风振作用下可能产生显著的振动，引起居住者或使用人员的不舒适感，降低生活质量或生产效率，因此结构抗风设计还必须满足舒适度的要求。
文中分析了高层建筑的外部风环境、内部风环，以及风振控制中的被动控制、主动控制和混合控制系统，这一研究对于高层建筑安全设计具有一定意义。
关键词：风振控制；建筑风环境；控制系统0 引言高层建筑和高耸结构正向着日益增高和高强轻质的方向发展，使得结构的刚度和阻尼不断下降，直接影响了高层建筑和高耸结构的正常使用。
建筑在风振作用下可能产生显著的振动，引起居住者或使用人员的不舒适感，降低生活质量或生产效率，因此结构抗风设计还必须满足舒适度的要求。
本文基于人员不舒适感分析了高层建筑风振控制，这一研究对于高层建筑安全设计具有一定意义。
1 高层建筑的风环境1.1 外部风环境根据高层建筑物的外形，相互布局情况及风的相对方向，有可能测得的建筑物外部环境的不舒适参数Ψ值，在风振舒适感控制中都是基于下述效应为基础。
（1）压力连通效应：当风垂直吹向错开排列的高层建筑物时，若建筑物间的距离小于建筑物的高度，则有部分压力较高的风流向背面压力较低的区域，形成街道风，在街道上形成不舒适区域。
（2）间隙效应：如图2所示，当风吹过突然变窄的剖面时（如底层拱廊），在该处形成不舒适区域。
图2 间隙效应（3）拐角效应：如图3所示，当风垂直吹向建筑物时，在拐角处由于迎面风的正压与背面风的负压连通形成一个不舒适的拐角区域；有时，当两幢并排建筑物的间距L≤2d（d为建筑物沿风向的长度）时，两幢间也形成不舒适区域。
图3 拐角效应（4）尾流效应：如图4所示，在高层建筑物尾流区里，自气流分离点的下游处，形成不舒适的涡流区。
图4 尾流效应（5）下洗涡流效应：如图5所示，当风吹向高层建筑物时，自驻点向下冲向地面形成涡流。
图5下洗涡流效应2.2内部风环境高层建筑的内部风环境是指，由于风荷载的作用，高层建筑受到脉动风影响而发生振动现象，这种振动会给生活或者工作在高层建筑内部人带来不舒适感，对高层建筑物的正常使用造成影响。
结构振动控制技术的原理和应用
结构振动控制技术的原理和应用摘要：结构的振动控制是一个应用领域相当广泛的问题，不仅产生振动的根源的种类繁多，而且消除和降低振动的方法也很多，所谓的结构振动控制是指通过某种方法使结构的动力响应控制在工程所容许的范围内，不至对结构和设备造成损害，对人造成不适。
关键词：结构振动；控制技术；原理；应用1被动控制所谓的被动控制，它是指的一种无需借助任何外来能源，只要在结构的某部位添加一个子系统，或者是通过对于结构之中的某些构件的结构体系进行适当的处理，从而使得整个结构体系的动力特性发生改变。
如果采用被动控制的方式，其主要的优势就在于构造较为简单，而且其造价也相对低廉，在使用的过程中，保养和维护都十分的容易，应用该方式不需要其它的能源支持，所以在实际的建筑工程中这种方式已经开始得到运用。
被动控制又可以分成隔震、吸振和耗能三种控制形式。
1.1基础隔震所谓的基础隔震，就是指的通在上部结构和基础之间设置专门的隔震消能装置，使得地震能量在向上传输的过程中能够被吸收，有效地减轻上部结构的振动。
基础隔震能够降低结构的振动频率，但只能对高频地震波产生效果，因此不适用于高层建筑，主要被应用在短周期的中低层建筑与刚性结构上。
1.2吸振隔震而吸收隔震则是指的在主体结构之上附加一个吸振器子系统，通过这个子系统来对于振动的能量进行吸收，从而有效地减少主结构的振动。
就吸振器而言，它自身也是一个小型的振动系统，其主要是由质量系和弹簧系所构成的，其质量系能够产生惯性力，而这一惯性力可以作为控制力，然后再利用弹簧系使得这一个控制力作用到主结构之上。
一般情况下，吸振器都是配合粘滞阻尼器共同进行使用的。
其中，被动协调质量阻尼器（TMD）、摆式质量阻尼器等是质量系为固体的阻尼器，其中的TMD已经被广泛应用在高层建筑和桥梁上。
而摆式质量阻尼器则主要是用来对于高层建筑的振动加以控制，一般摆式质量阻尼器可以分为摆锤式、环状式以及倒置式集中类型。
当然，除了固体质量系的阻尼器之外，液体质量系的阻尼器也非常常见，比如说调谐液体阻尼器（TLD）、液压阻尼系统（HDS）、油阻尼器、质量泵等。
土木工程结构减震控制方法
土木工程结构减震控制方法摘要：近几年来，结构振动控制的理论和技术日益引人注目，特别是在土木工程的结构设计中，一种以减震为手段的设计已在国内外一些地震多发地区得到了应用，本文分析了土木工程结构减震的控制方法。
关键词：土木结构；减震；控制方法 一、结构减震控制的概念及分类应用结构控制系统是解决结构工程安全性问题的一个可替代的方法，从而为结构控制理论在土木工程中的应用指出了光明的前景。
结构控制的概念可以简单表述为：通过对结构施加控制机构，由控制机构与结构共同承受振动作用，以调谐和减轻结构的振动反应，使其在外界干扰作用下的各项反应值被控制在允许范围内。
结构减震控制根据是否需要外部能源输入可分为被动控制、主动控制和混合控制。
被动控制是指不需要能源输入提供控制力，控制过程不依赖于结构反应和外界干扰信息的控制方法。
文中所讨论的基础隔震、耗能减震等均为被动控制。
 二、土木工程结构减震的控制方法1、被动控制结构被动控制是指控制装置不需要外部能源输入的控制方式。
其特点是采用隔震、耗能减震和吸能减振等技术消耗振动能量,以达到减小结构振动反应的目的。
被动控制的优点是构造简单、造价低、易于维护,并且不需要外部能源支持等。
目前,被广泛采用的被动控制装置有:1.1基础隔震体系。
基础隔振是在上部结构与基础之间设置某种隔振消能装置,以减小地震能量向上部的传输,从而达到减小上部结构振动的目的。
基础隔振能显著降低结构的自振频率,适用于短周期的中低层建筑和刚性结构。
由于隔振仅对高频地震波有效,因此对高层建筑不太适用。
1.2耗能减振体系。
常用的耗能元件有耗能支撑和耗能剪力墙等;常用的阻尼器有金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、黏弹性阻尼器、黏性液体阻尼器等。
1.3调谐减振系统。
常用的调谐减振系统有:调谐质量阻尼器(TMD )、调谐液体阻尼器(TLD)、液压质量振动控制系统(HMS)等。
调谐质量阻尼器是一个小的振动系统,由质量块、弹簧和阻尼器组成。
文献阅读报告
一种新型软钢阻尼器的研制及其在结构减震控制中的应用
章平平 2012
在建筑结构中使用耗能阻尼器有以下几个注意点:
1、耗能阻尼器在结构中的布置以各层均匀布置优先,其次是隔 层布置或薄弱层布置； 2、耗能器在结构中布置时应尽可能调节结构的对称性,尽量减 小结构质量中心和刚度中心的偏差。此种布置措施可以减少地 震动给结构带来的扭转振动,使阻尼器能够发挥最好的作用； 3、为避免阻尼器出现破坏,应保证耗能阻尼器有一定的安全富 余:位移型阻尼器的最大行程应该大于所在层最大位移的130%, 速度相关型阻尼器的最大速度大于所在层最大速度的130%； 4、根据国外文献,支撑截面尺寸应至少承受耗能阻尼器1.3倍的 最大轴力。
LOGO 金属阻尼器
软钢阻尼器 铅阻尼器
形状记忆合金阻尼器
高性能剪切钢板阻尼器的性能模拟分析与实验研究
林坚湘 2011
无粘结支撑阻尼器是近年来开发的一种新型金属 阻尼器，它以内核心钢板作为耗能构件，外方形（圆 形或矩形）钢管及填充灰浆为其提供侧向约束。内核 心钢板与灰浆之间涂了一层无粘结材料，这种材料的 作用是确保核心钢板上的轴力不传到灰浆体和外钢管 上，保证核心钢板自由拉压变形，灰浆和外钢管共同 阻止支撑发生屈曲失稳破坏，这些组件完美的结合， 使该支撑在屈服后能产生稳定、对称的拉压滞回性能。
在建筑物的抗侧力结构中设置消能部件（由阻尼器、连 接支撑等组成），通过阻尼器局部变形提供附加阻尼，吸收 与消耗地震能量。这样的房屋建筑设计称为“消能减震设 计”。
隔震体系能够减少结构的水平地震作用。
消能方案可以减少结构在风作用下的位移。对减少结构 水平和竖向地震反应也是有效的。
由于针对新型材料减震技术现状这一题目，所以单纯的 从减震方面入手，阅读了相关的文献。
结构振动控制的概念及分类
耗能方案性能来抵御地震作用的，即由结构本身储存和消耗地震能量，以满足结构抗震设防标准，小震不坏，可能无法满足安全性的要求；另一方面，在满足设计要求的情况下，结构构件的尺寸可能需做得很大木工程领域新兴一种新型的抗震方式——结构振动控制，即对结构施加控制机构，由控制机构和结构半主动控制和混合控制。
是由控制装置随结构一起振动变形而被动产生的。
被动控制可分为基础隔震技术、耗能减震技术和吸是由控制装置按某种控制规律，利用外加能源主动施加的。
主动控制系统由传感器、运算器和施力作术。
主动控制有主动拉索系统（ATS）、主动支撑系统（ABS）、主动可变刚度系统（AVSS）、主动质期开始研究主动控制。
目前，主动控制在土木工程中的应用已达30多项，如日本的Takenaka实验控制力虽也由控制装置自身的运动而被动的产生，但在控制过程中控制装置可以利用外加能源主动调置、半主动TMD、半主动力触动器、半主动变刚度装置和半主动变阻尼装置等。
主动控制，或者是同时应用不止一种的被动控制装置，从而充分发挥每一种控制形式和每一种控制装：同时采用AMD和TMD的混合控制系统、主动控制和基础隔震相结合的混合控制系统以及主动控制和京的清水公司技术研究所。
，但由于建筑结构体形巨大导致所需的外加能源较大，加之控制装置的控制的算法比较复杂，而且存好，容易实现，目前发展最快，应用最广，尤其是其中的基础隔震技术已相当成熟，并得到了一定程主动控制低廉，而且不需要较大的动力源，因此其具有广阔的应用和发展前景；混合控制综合了某几和耗能减震技术。
置控制机构来隔离地震能量向上部结构传输，使结构振动减轻，防止地震破坏。
目前研究开发的基础和混合隔震等。
近年来，越来越多的国家开展了基础隔震技术的研究，因此，隔震技术也得到了飞速：日本94栋，美国21栋，中国46栋，意大利19栋，新西兰16栋，已采用了基础隔震技术。
最近有使结构的振动能量分散，即结构的振动能量在原结构和子结构之间重新分配，从而达到减小主结构振尼器（TLD）；（3）质量泵；（4）液压—质量控制系统（HMS）；（5）空气阻尼器。
振动控制-主动、半主动
目录0．前言 (1)0．1 结构振动控制研究与应用概况 (1)1．结构振动主动控制、半主动控制 (2)2．结构振动控制分类 (3)3．各类控制系统构造及性能 (4)3．1 结构振动主动控制概述 (4)3．1．1 主动控制控制原理 (5)3．1．2 加力方式及加力位置 (7)3．1．3 控制装置 (8)3．2 结构振动半主动控制概述 (8)4．结构振动主动控制、半主动控制算法 (11)4．1 主动控制算法 (12)4．1．2 几种算法的简单介绍 (13)4．2 半主动控制算法 (21)4．3 智能控制算法 (22)5．结构主动、半主动控制系统分析方法及设计方法 (24)5．1 主动控制系统的最优控制力设计与分析 (25)5．1．1 主动控制系统的最优控制力设计 (25)5．1．2 主动最优控制力和受控反应特征分析 (26)5．2 结构主动变阻尼和智能阻尼控制系统的最优控制力设计与分析 (30)5．2．1半主动最优控制力设计 (31)5．2．2系统反应分析 (36)5．3 结构主动变刚度控制系统的最优控制力设计与分析 (37)5．3．1主动变刚度最优控制力设计 (37)5．3．2系统反应分析 (40)6．结构振动主动控制、半主动控制系统的工程应用 (41)6．1 AMD控制系统的工程应用 (41)6．2 结构主动变刚度控制系统的工程应用 (41)6．3 结构主动变阻尼控制系统的工程应用 (42)6．4 其他结构振动控制系统的工程应用 (42)7．研究展望 (43)7．1 结构振动主动控制、半主动控制的研究与发展方向 (43)7．2 结构振动控制的有待研究的问题 (43)8．结语 (43)参考文献 (44)主动控制、半主动控制综述0．前言0．1 结构振动控制研究与应用概况结构振动控制技术与传统的依靠结构自身强度、刚度和延性来抵抗地震作用的做法不同，通过在结构中安装各种控制装置，从而达到减小结构地震反应、保障结构地震安全的目的。
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转换为电压数字信号（Digital）。 （4）控制计算：计算机把电压数字信号经 过标量变换，转换为结构的位移、速度。照 预设的控制算法，把结构控制增益矩阵与结 构状态向量相乘，计算出控制力（U）。 （5）D/A转换：把控制力（U）的电压数字 信号（Digital）转换为电压模拟信号(Analog)， 并作为指令 信号传输至伺服控制器。
国外研究状况
在装置的试验研究方面，1987
年日本 Aizawa等人完成了小比例四层钢框架模型顶 层设置 AMD 系统的主动控制实验；同年， 日本 Kobori 等人完成了 1：4 钢框架模型顶 层设置 AMD 系统的主动控制实验； 1988 年美国 Soong 等人完成了1：4 钢框架 模型顶层设置 AMD 系统的主动控制实验。 这些实验和结果显示了AMD 系统良好的性能 和控制效果。
国内研究状况
在装置的试验研究方面：
哈尔滨工业大学刘季、宋根由等人率先在我 国开展了结构振动主动控制试验研究,完成了 5 层 1:4 模型框架的 AMD 振动控制实验。 欧进萍等人研究了海洋平台振动的 AMD 控 制仿真分析及 1:10 模型平台结构 AMD 控制 的地震模拟试验台试验。
结构振动的 AMD 控制系统由传感器(包括数据采集 器)、控制决策器和 AMD 装置等三部分组成。这三 个部分与结构一起组成的系统,称为结构 AMD 控制 系统。 AMD 系统实施控制时,传感器子系统测量结构的干 扰或响应,并反馈至计算机;控制器按照计算机设定 的某种主动控制算法,实时计算主动控制力,并驱动 AMD 系统的作动器;然后作动器推动 AMD 的惯性 质量运动,对结构施加控制力。
5t的作动器，该系统给结构附加的阻尼比 为 1.4%-10.6%。同样，在大阪 Herbis大 厦也安装了 2 个悬吊 AMD 结构控制系统。 该大楼总高 190m，每个 AMD 装置的惯性 质量为 160t，悬吊杆长度为 3.2m，装置自 振周期为 3.6s，主动控制出力为5t，控制 冲程为 300mm，最大控制力为 6t，最大冲 程为 500mm。
在装置的实际工程运用方面，1989
年，日本 Kajima 建筑公司建成了世界上第一座采用 AMD 系统的 11 层办公大楼—京桥成和大厦， 用于控制结构的风振和中等地震作用的反应。 日本大阪Applause 塔上安装了 1个质量重达 480t 的 AMD 系统，其惯性质量直接采用了 该建筑上的直升机停机坪台使用了2个
广州新电视塔塔高
618 米,其主塔体高 454 米,天线桅杆高 164 米,形状高挑纤细,固有 周期达 10.01s 秒,该工程采用了混合质量阻 尼器方案,以改善电视塔结构在环境激励下 的使用舒适性及安全性。该方案由哈尔滨 工业大学深圳研究生院负责其中的 AMD 主 动控制部分。
AMD控制原理
AMD与TMD的区别
与被动控制相比，AMD等主动控制方式有以
下三个优点： 1）提高了控制的有效性。 2）适用于多用途减震，如风振或地震。 3）可以选择控制目标，如控制结构某个关键 振型的响应（位移、速度或加速度响应）， 或结构顶点位移、结构基底弯矩以及基底剪 力等。
AMD主动控制体系，除了被控结构外，其主
目录
1.基本概念，历史，现状。
原理 3. 装置 4. AMD工作流程 5.主动控制算法 6. 存在的问题 7. 研究展望
2.
基本概念
主动质量阻尼器(active
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
mass damper,AMD) 是将结构响应的反馈和或结构中关键位置处 外激励的前馈,经计算机分析处理向驱动器(连 接质量块和结构)发送适当的信息.于是驱动器 对抗质量块将惯性控制力施加于结构实现振 动控制.
主动质量阻尼器（AMD）
概述
随着建筑结构的高度不断增高、结构体系不断趋于 复杂,再加上地震、台风等自然灾害的不可预知性, 结构抗震、抗风设计也遇到了新的挑战。我国沿海 地区超高层建筑一般以风控为主,强风作用下结构可 能会出现舒适度超标,甚至会造成结构及附属构件损 坏。大量理论研究和实践证明,主动质量阻尼器AMD 控技术能够有效地增加结构阻尼,减小超高层结构风 致振动和地震响应。因此,应用 AMD 控制技术,减轻 结构在风荷载作用下的响应,提高建筑舒适性,对提 高建筑使用性能和品质有重要意义。
AMD主动控制系统的工作流程如下：
（1）数据采集：地面和结构在地震激励下 发生振动反应（位移、速度、加速度），通 过传感器进行在线测量。 （2）数据处理和传输：传感器测得的振动 反应的信号，经滤波、放大、调节、模拟微 分处理等，传输至计算机系统的A/D转换器。
（3）A/D转换：把电压模拟信号（Analog）
历史
自从美籍华裔学者
J.T.P.Yao 于 1972 年首次 提出结构控制的概念之后，结构控制引起了 世界各国的高度重视，经过 30 多年的不断发 展和完善，并且在大量实际工程中得到了较 广泛的运用。在高耸结构风振控制方面，主 要以被动调谐质量阻尼器和主动质量阻尼器 的应用居多，而且技术成熟可靠。
在装置的实际工程运用方面： 中国与美国合作并于
2001 年实现的南京电 视塔风振控制的 AMD 系统,是我国国内第一 个采用 AMD 控制系统的实际工程。 近年来,越来越多的超高层建筑采用了该装置, 如上海环球金融中心,在第90层安装了两台各 重250吨的惯性质量块,它不仅能使强风作用 下建筑物的加速度反应降低,地震时,还能有效 地减小建筑结构在地震时的响应。
动控制系统由三部分组成： （1）质量阻尼刚度装置：包括质量块，刚度 弹簧和阻尼器。 （2）驱动装置和液压源：包括伺服阀、驱动 器、反馈传感器液压源及管路。 （3）计算机及控制系统，这是整个主动控制 系统的核心部分，包括： ① 数据采集系统：装设在结构和地面上的传 感器。
②
滤波调节器：对采集的信号进行滤波、放大、 调节。 ③模拟微分器：对振动反应信号（位移、速度、 加速度）进行微分转换。 （4）计算机：A/D转换（模拟信号转换为数字 信号）； 数字信号实时处理（按控制算法）； D/A转换（数字信号转换为模拟信号）。 （5）伺服控制器：将模拟信号(u)与反馈信号(u*) 进行对比、放大，对伺服阀及驱动器进行控制。