羅　威，涂建維

（武漢理工大學(xué) 道路橋梁與結(jié)構(gòu)工程湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070）

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磁控摩擦阻尼器對(duì)信號(hào)塔的地震反應(yīng)控制

羅威，涂建維

（武漢理工大學(xué) 道路橋梁與結(jié)構(gòu)工程湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070）

摘要：針對(duì)常摩擦阻尼器摩擦力恒定的問題，設(shè)計(jì)一種新型筒式磁控變摩擦阻尼器，并建立磁控變摩擦阻尼器的力學(xué)模型。以機(jī)場(chǎng)信號(hào)塔結(jié)構(gòu)為工程背景，將信號(hào)塔的三維空間有限元模型簡(jiǎn)化為二維串聯(lián)多自由度模型；采用LQG主動(dòng)控制算法和界限Hrovat半主動(dòng)控制策略對(duì)磁控變摩擦阻尼器實(shí)施控制；討論常摩擦阻尼器被動(dòng)控制和磁控摩擦阻尼器半主動(dòng)控制對(duì)地震作用下信號(hào)塔結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的控制效果。計(jì)算結(jié)果顯示，磁控摩擦阻尼器的半主動(dòng)控制取得明顯優(yōu)于常摩擦阻尼器被動(dòng)控制的減振效果，在實(shí)際工程中有著良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)與波；磁控變摩擦阻尼器；信號(hào)塔；半主動(dòng)控制；控制算法

國(guó)際機(jī)場(chǎng)信號(hào)塔臺(tái)是民航的專項(xiàng)工程，為特殊設(shè)防類（甲類）建筑。為了滿足建筑美觀和功能要求，塔臺(tái)多為體型細(xì)長(zhǎng)、造型獨(dú)特的高聳結(jié)構(gòu)。由于信號(hào)塔臺(tái)的活動(dòng)層和機(jī)房設(shè)備層都集中在塔臺(tái)頂部，這使得頂部活動(dòng)層的質(zhì)量剛度比會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過下部筒體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量剛度比。在地震作用下，頂部活動(dòng)層會(huì)產(chǎn)生較大的地震鞭梢效應(yīng)，采用常規(guī)設(shè)計(jì)方法很難滿足結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求。因此，對(duì)機(jī)場(chǎng)信號(hào)塔臺(tái)實(shí)施振動(dòng)控制措施將顯得尤為重要。

國(guó)外較早進(jìn)行摩擦阻尼器對(duì)塔架結(jié)構(gòu)的減震研究，美國(guó)在波音公司發(fā)展中心大樓[1]、高地水塔和羅林山水塔上安裝了常摩擦阻尼器進(jìn)行減震加固[2]，在滿足抗震需求的前提下節(jié)省了大量加固費(fèi)用。在國(guó)內(nèi)，瞿偉廉，陳朝暉對(duì)常摩擦阻尼器用于高柔塔架結(jié)構(gòu)風(fēng)震和地震響應(yīng)控制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究[3]。由于常摩擦阻尼器的起滑力不能根據(jù)控制需要而實(shí)時(shí)改變，當(dāng)風(fēng)荷載或者地震干擾強(qiáng)度發(fā)生改變時(shí)，其減振效果和使用范圍就受到很大局限。

電磁摩擦的出現(xiàn)解決了上述摩擦力恒定的問題，其原理是由磁通產(chǎn)生的電磁吸力吸引銜鐵，將摩擦片壓緊，進(jìn)而在摩擦片上摩擦耗能，由于磁場(chǎng)變化的可連續(xù)性，使得摩擦力具有自動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)變化的能力。王偉等利用電磁鐵的磁力效應(yīng)設(shè)計(jì)了電磁摩擦控制裝置，在一個(gè)五層鋼框架結(jié)構(gòu)模型上安裝了電磁摩擦控制裝置，并在振動(dòng)臺(tái)上完成了結(jié)構(gòu)震動(dòng)控制的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明該控制裝置具有良好的可靠性和適應(yīng)性，并且減震效果顯著[4–7]。本文提出一種筒式磁控變摩擦阻尼器，建立磁控變摩擦阻尼器的力學(xué)模型，并對(duì)機(jī)場(chǎng)信號(hào)塔臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震響應(yīng)控制，最后比較地震作用下信號(hào)塔臺(tái)在常摩擦阻尼器被動(dòng)控制和磁控變摩擦阻尼器半主動(dòng)控制下的減震效果。

1　機(jī)場(chǎng)信號(hào)塔結(jié)構(gòu)的動(dòng)力模型

以武漢天河國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建空管工程信號(hào)塔作為工程背景，此柔性結(jié)構(gòu)高115.6 m，高寬比達(dá)到14，體型細(xì)長(zhǎng)，其立面圖如圖1（a）所示。塔臺(tái)下部為混凝土筒體結(jié)構(gòu)，從標(biāo)高89.4 m到標(biāo)高115.6 m（16層—23層）懸挑了鋼框架幕墻結(jié)構(gòu)，機(jī)房、通訊設(shè)備等質(zhì)量都集中在16—23層。塔臺(tái)頂部活動(dòng)層的平面為雞蛋形，X向（如圖）剛度小于Y向剛度，并且X向的質(zhì)心與扭轉(zhuǎn)中心嚴(yán)重不重合，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)會(huì)增加。利用ANSYS軟件建立信號(hào)塔的三維空間有限元模型，幕墻、樓梯等附加組件都轉(zhuǎn)化為集中質(zhì)量作用于信號(hào)塔結(jié)構(gòu)的相應(yīng)位置，模型不同構(gòu)件的形狀與尺寸則按照實(shí)際結(jié)構(gòu)取值。信號(hào)塔主體結(jié)構(gòu)三維空間模型如圖1(b)所示。

圖1　信號(hào)塔結(jié)構(gòu)模型

信號(hào)塔的三維有限元模型計(jì)算工作量大，耗時(shí)長(zhǎng)，需要進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，將信號(hào)塔的三維空間有限元模型簡(jiǎn)化為二維串聯(lián)集中質(zhì)量模型。二維串聯(lián)多自由度模型的質(zhì)量個(gè)數(shù)依賴于所選取節(jié)點(diǎn)層的個(gè)數(shù)，形成的質(zhì)量矩陣為一個(gè)由n個(gè)質(zhì)量點(diǎn)組成的n維對(duì)角矩陣，矩陣中各對(duì)角元素代表各節(jié)點(diǎn)層的質(zhì)量。對(duì)于此機(jī)場(chǎng)信號(hào)塔，選取15個(gè)節(jié)點(diǎn)層作為集中質(zhì)量點(diǎn)。

該信號(hào)塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型的剛度矩陣采用如下步驟求得：

（1）在三維模型的第i樓層施加總和為1(是否有誤？)的水平力，解如下方程求結(jié)構(gòu)的總位移向量式中K3D為三維空間有限元模型的總剛度矩陣；X為總位移向量；f為總荷載向量；

(2)利用總位移向量X計(jì)算各節(jié)點(diǎn)層的的名義位移，進(jìn)而得到柔度系數(shù)式中xm為第m層的位移，Nj第 j節(jié)點(diǎn)層的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；

(3)將柔度系數(shù)δji進(jìn)行排列得到n×n階柔度矩陣Ψ；

(4)將柔度矩陣Ψ取逆矩陣即可得到剛度矩陣K。

對(duì)于信號(hào)塔等高聳塔架結(jié)構(gòu)通常采用Rayleigh阻尼矩陣，即式中；和T2為結(jié)構(gòu)的前兩階自振周期；?1和?2為結(jié)構(gòu)前兩階振型的阻尼比。

為了驗(yàn)證簡(jiǎn)化后的信號(hào)塔二維串聯(lián)多自由度模型的正確性，以及簡(jiǎn)化后的模型是否能精確反映真實(shí)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，對(duì)三維空間有限元模型以及二維串聯(lián)多自由度模型進(jìn)行了模態(tài)分析，對(duì)比結(jié)果如表1所示。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)化后計(jì)算模型振動(dòng)頻率與三維空間模型的振動(dòng)頻率基本相同，這說明簡(jiǎn)化后的計(jì)算模型是準(zhǔn)確的，它完全可以替代復(fù)雜的有限元模型進(jìn)行后面的仿真分析。

表1　模型振動(dòng)頻率/Hz

2　磁控變摩擦阻尼器的力學(xué)模型

基于電磁學(xué)基本原理提出一種磁控變摩擦阻尼器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。這是一種筒式磁控變摩擦阻尼器，主要由電磁鐵、摩擦板和外套筒組成。其中，外套筒采用不導(dǎo)磁材料，電磁鐵和摩擦板采用導(dǎo)磁材料制作，并且摩擦板是由圓筒均勻分割而成的多塊弧形板，每塊弧形板相互獨(dú)立，并且不與任何構(gòu)件相連，與電磁鐵的接觸面構(gòu)成摩擦面。該磁控摩擦阻尼器的基本原理是：電磁鐵在通電情況下吸引摩擦板，進(jìn)而在接觸面上形成壓力，當(dāng)電磁鐵與摩擦板相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，在接觸面上形成摩擦耗能。并且，隨著外加電流的變化，正壓力也會(huì)變化，從而改變阻尼器的摩擦力。

圖2　磁控摩擦阻尼器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

采用等效磁路的方法對(duì)阻尼器的磁場(chǎng)進(jìn)行分析[8]，磁路簡(jiǎn)化的原則是將材料相同或橫截面面積相同的磁路劃為一段。因此，將整個(gè)磁路劃分為四段，如圖3（a）所示。其中，線圈鐵芯、電磁鐵兩端磁極、兩端磁極與摩擦板接觸面間的空氣間隙和摩擦板各分別劃分為一段。線圈產(chǎn)生的磁勢(shì)用NI0表示，最終參照電路圖的形式畫出等效磁路圖，如圖3 （b）所示。

圖3　阻尼器磁路簡(jiǎn)化圖

其中：磁路中線圈鐵芯的磁阻為R1，相應(yīng)磁路長(zhǎng)度為l1+l2；兩側(cè)翼磁極的磁阻為R2；磁極與摩擦板接觸面間空氣間隙的磁阻為R3，空氣間隙平均長(zhǎng)度為h；摩擦板的磁阻為R4，相應(yīng)磁路長(zhǎng)度為l1+l2。則磁路中的總磁阻為

根據(jù)磁路定理

式中N為線圈匝數(shù)；I0為線圈中電流；Φ為磁路中總磁通量。

通電電磁鐵單個(gè)磁極與摩擦板間的吸引力有如下關(guān)系

其中S為單個(gè)磁極表面面積，B為磁通量。將式（5）代入式（6），得式中μ為導(dǎo)磁率，μ0為真空導(dǎo)磁率，其余各變量見圖3中標(biāo)注。

所以，摩擦阻尼器的起滑力的大小可以表示為

式中μ為滑動(dòng)摩擦系數(shù)，μ0為真空導(dǎo)磁率，其余量與前文相同。

由于電磁吸力是由其大小和方向共同決定的，式（8）是在電磁吸力方向一致的情況下進(jìn)行計(jì)算的，在該情況下摩擦接觸面是否接觸不影響力在一個(gè)方向的大小，而該磁控摩擦阻尼器的電磁吸力指向摩擦板的圓弧中心，每一微小單元的電磁吸力的方向均不同。所以，本文將摩擦板均等分割，將每一份上的摩擦力等效為一個(gè)集中力進(jìn)行近似計(jì)算，當(dāng)摩擦板分割的份數(shù)越多，與式（8）計(jì)算的結(jié)果越接近。當(dāng)然，分割摩擦板不可避免地會(huì)造成磁漏現(xiàn)象，所以摩擦板的分割份數(shù)要綜合磁漏現(xiàn)象和力的傳遞兩個(gè)因素進(jìn)行考慮。

3　控制方程

機(jī)場(chǎng)信號(hào)塔二維串聯(lián)多自由度模型在外荷載作用下的受控運(yùn)動(dòng)方程為[9]

Mx?(t)+Cx?(t)+Kx(t)=P(t)+Hu(t)（9）式中M、C和K分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣；P(t)為作用在結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)層上的外荷載向量；u(t) 為r維控制力向量；H為n×r維廣義控制力作用位置矩陣。

磁控變摩擦阻尼器產(chǎn)生的控制力向量u(t)是作用在三維空間有限元模型上的，它并不直接作用在信號(hào)塔結(jié)構(gòu)的二維串聯(lián)多自由度模型各節(jié)點(diǎn)層上。而式（9）是針對(duì)二維串聯(lián)多自由度模型的運(yùn)動(dòng)方程，Hu(t)即為作用在二維串聯(lián)多自由度模型各節(jié)點(diǎn)上的等效控制力，其中H即為三維模型到二維模型控制力的轉(zhuǎn)換矩陣。所以，進(jìn)行控制力轉(zhuǎn)換并建立兩種力學(xué)模型關(guān)系的關(guān)鍵是確定控制力作用位置矩陣H。廣義控制力作用位置矩陣H可表示為

式中K為二維串聯(lián)多自由度體系的剛度矩陣；F為n×r維廣義柔度矩陣，表示節(jié)點(diǎn)層在阻尼器單位控制力作用下的位移，可通過集成柔度系數(shù) fij獲得，柔度系數(shù) fij可以表示為其中Ni為第i節(jié)點(diǎn)層的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；xk為第 j個(gè)阻尼器施加單位控制力時(shí)第i層第k個(gè)結(jié)點(diǎn)的位移。

同理，阻尼器兩端的相對(duì)位移仍然是在三維空間有限元模型中進(jìn)行討論的，而簡(jiǎn)化后的多自由度模型只能給出節(jié)點(diǎn)層的位移響應(yīng)。所以，有必要建立三維模型中阻尼器兩端的相對(duì)位移和二維模型中各節(jié)點(diǎn)層位移之間的關(guān)系。該關(guān)系可以表示為

式（12）適用于阻尼器兩端直接安置在相鄰節(jié)點(diǎn)層的結(jié)構(gòu)，若要考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的軸向變形和阻尼器沒有設(shè)置在相鄰節(jié)點(diǎn)層之間的影響，需要修正阻尼器兩端相對(duì)位移的誤差，這種誤差是由等效水平控制力代替阻尼器的控制力產(chǎn)生的。此時(shí)，阻尼器兩端的相對(duì)位移增量和各節(jié)點(diǎn)層位移增量之間的關(guān)系則可以表示為式中Δu(t)為前一時(shí)刻阻尼器的控制力增量向量；Ψ為一個(gè)關(guān)于阻尼器的r×r階柔度矩陣。Ψ矩陣中的元素ψij表示第 j個(gè)阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)施加一對(duì)單位力時(shí)在第i個(gè)阻尼器兩端產(chǎn)生的相對(duì)位移。

4　控制算法

磁控變摩擦阻尼器是一類半主動(dòng)控制裝置，先采用LQG算法求出主動(dòng)控制力，然后再用界限Hrovat半主動(dòng)控制策略使得半主動(dòng)控制力跟蹤主動(dòng)控制力，從而得到較好的減震效果。

4.1最優(yōu)主動(dòng)控制力的求解

在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于振動(dòng)控制需要測(cè)量的狀態(tài)量過多，并且存在傳感器隨機(jī)測(cè)量噪聲等因素的影響，使得實(shí)現(xiàn)全狀態(tài)反饋的LQR控制是很困難的，也是不經(jīng)濟(jì)的。而作為L(zhǎng)QR經(jīng)典最優(yōu)控制方法的拓展，LQG正是針對(duì)上述問題發(fā)展起來的一種控制方法，它是將經(jīng)典最優(yōu)控制理論與Kalman濾波器理論相結(jié)合，考慮系統(tǒng)隨機(jī)輸入噪聲和隨機(jī)測(cè)量噪聲的一種基于輸出反饋的控制方法，更具有實(shí)用性。

受控線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)方程為其中ε1(t)表示系統(tǒng)輸入噪聲；ε2() t表示傳感器的量測(cè)噪聲。并且ε1(t)和ε2() t為Gauss白噪聲，同時(shí)滿足下列條件

根據(jù)LQG問題的分離原理，LQG控制器可以分為L(zhǎng)Q最優(yōu)狀態(tài)反饋控制和最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)兩個(gè)子問題，把兩個(gè)問題的解合并在一起，就可以得出最優(yōu)問題的解。其中LQ最優(yōu)狀態(tài)反饋部分采用LQR最優(yōu)控制算法設(shè)計(jì)全狀態(tài)反饋?zhàn)顑?yōu)控制力U() t，即尋找結(jié)構(gòu)的最優(yōu)狀態(tài)反饋增益矩陣Kc，得到最優(yōu)控制力U(t)，使得二次型性能指標(biāo)函數(shù)最小。其中，最優(yōu)控制力最優(yōu)狀態(tài)反饋增益矩陣KcSc為下列Riccati方程的解然后根據(jù)結(jié)構(gòu)的測(cè)量輸出，由Kalman濾波器進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)得到結(jié)構(gòu)的全部狀態(tài)。為此，引入新的狀態(tài)向量X?代替式（16）中的狀態(tài)向量X來計(jì)算反饋控制力向量U() t，Kalman濾波器產(chǎn)生的狀態(tài)估計(jì)如下式所示式中，濾波器增益Ke為 Se為下列Riccati方程的解至此，將式（17）求得的最優(yōu)狀態(tài)反饋增益矩陣Kc和式（19）求得的狀態(tài)估計(jì)X?代入式（16），即可求得受控系統(tǒng)的最優(yōu)控制力

4.2半主動(dòng)控制策略

磁控變摩擦阻尼器的半主動(dòng)控制策略是要使阻尼器在力的大小、方向和形式上盡可能地跟蹤和實(shí)現(xiàn)主動(dòng)最優(yōu)控制力。就盡可能地跟蹤和實(shí)現(xiàn)主動(dòng)最優(yōu)控制力的效果來講，界限Hrovat最優(yōu)控制策略的控制效果要優(yōu)于簡(jiǎn)單的Bang-Bang控制策略和最優(yōu)Bang-Bang控制策略。該控制策略是在最優(yōu)Bang-Bang控制算法的基礎(chǔ)上，在阻尼器可實(shí)現(xiàn)的庫(kù)倫阻尼力的范圍內(nèi)增加了Hrovat半主動(dòng)控制力，即當(dāng)ux?<0且||ui

假設(shè)由狀態(tài)方程按某種主動(dòng)控制算法求得第i個(gè)變摩擦阻尼器的主動(dòng)最優(yōu)控制力向量為ui，相應(yīng)于主動(dòng)最優(yōu)控制力ui的半主動(dòng)控制力記為uis。則半主動(dòng)控制力uis與uid具有以下關(guān)系因此，磁控變摩擦阻尼器的半主動(dòng)控制力向量

圖4　機(jī)場(chǎng)信號(hào)塔樓層地震反應(yīng)峰值曲線

5　仿真計(jì)算

信號(hào)塔在第16層到第22層（標(biāo)高89.4 m到115.6 m）主要為指揮控制層、辦公室等辦公區(qū)域和設(shè)備層，而在第2層到第15層主要為樓梯間、工具間和預(yù)留房間等輔助區(qū)域。根據(jù)信號(hào)塔結(jié)構(gòu)布置的實(shí)際情況，在不影響建筑使用功能的前提下，在信號(hào)塔第2層到第15層之間利用工具間和預(yù)留房間的空間，每層布置兩個(gè)磁控變摩擦阻尼器，共計(jì)28個(gè)阻尼器。設(shè)每個(gè)阻尼器的最大控制力為1 000 kN，最小控制力為50 kN。根據(jù)前面所述的理論分析和控制策略方法，在模態(tài)坐標(biāo)系下運(yùn)用基于LQG主動(dòng)控制理論的磁控摩擦阻尼器的半主動(dòng)控制策略計(jì)算了磁控摩擦阻尼器對(duì)信號(hào)塔結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的減震控制效果。

為了對(duì)比分析磁控變摩擦阻尼器的減震效果，同時(shí)計(jì)算常摩擦阻尼器對(duì)信號(hào)塔的減震效果，常摩擦阻尼器布置位置與磁控摩擦阻尼器布置位置一樣。采用動(dòng)力迭代時(shí)程分析方法對(duì)信號(hào)塔響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。其具體思路是，首先假設(shè)t+Δt時(shí)刻的控制力增量Δu(t)=0，利用無條件穩(wěn)定的Newmark-β法計(jì)算此時(shí)間段的節(jié)點(diǎn)層位移增量，然后根據(jù)阻尼器的變形-節(jié)點(diǎn)層位移關(guān)系（式（13））和阻尼器力-變形關(guān)系可求得一個(gè)新的控制力增量Δu(t)，利用新的控制力增量又可以計(jì)算新的位移增量，往復(fù)迭代直至得到的位移增量滿足為止，從而遞推得出信號(hào)塔的位移、速度、加速度。

在動(dòng)力分析中，結(jié)構(gòu)阻尼取為0.02，地震輸入采用持時(shí)為30 s的El-Centro地震波，僅對(duì)地震加速度幅值進(jìn)行縮放，相應(yīng)峰值取為200 g。圖4給出了結(jié)構(gòu)分別在無控、常摩擦阻尼器被動(dòng)控制和磁控摩擦阻尼器半主動(dòng)控制情況下各節(jié)點(diǎn)層的位移、速度和加速度響應(yīng)峰值包絡(luò)曲線。從圖中可以看出，常摩擦阻尼器的被動(dòng)控制和磁控變摩擦阻尼器的半主動(dòng)控制對(duì)該信號(hào)塔結(jié)構(gòu)均取得了一定的減震效果，尤其是結(jié)構(gòu)的位移和速度響應(yīng)得到了有效控制，而對(duì)加速度響應(yīng)的控制效果次之。此外，由于磁控變摩擦阻尼器可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)阻尼力的大小，使得磁控變摩擦阻尼器半主動(dòng)控制的控制效果明顯優(yōu)于常摩擦阻尼器的減震效果。其中，對(duì)于該結(jié)構(gòu)指揮層節(jié)點(diǎn)而言，在被動(dòng)控制下的位移、速度和加速度響應(yīng)分別降低了26.4%、17.3%和14.5%，而在磁控變摩擦阻尼器半主動(dòng)控制下的位移、速度和加速度響應(yīng)分別降低了64.9%、39.8%和23%，控制效果顯著。

6結(jié)　語(yǔ)

本文針對(duì)摩擦阻尼器摩擦力恒定、難以與現(xiàn)代控制理論相結(jié)合的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種控制力可調(diào)的磁控變摩擦阻尼器。以信號(hào)塔結(jié)構(gòu)在地震作用下的震動(dòng)響應(yīng)為工程背景，采用二維串聯(lián)多自由度模型為計(jì)算模型，并分別以常摩擦阻尼器和磁控摩擦阻尼器作為耗能元件，研究了兩種坐標(biāo)系下摩擦阻尼器對(duì)機(jī)場(chǎng)信號(hào)塔結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的震動(dòng)控制問題。研究結(jié)果表明，設(shè)置了常摩擦阻尼器的機(jī)場(chǎng)信號(hào)塔結(jié)構(gòu)取得了一定的地震響應(yīng)減震效果，但減震效果受到限制；而磁控變摩擦阻尼器由于與半主動(dòng)控制理論相結(jié)合，其控制效果明顯優(yōu)于被動(dòng)控制，是一種具有良好應(yīng)用前景的耗能減震裝置。

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中圖分類號(hào)：TB53

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1335.2016.01.038

文章編號(hào)：1006-1355(2016)01-0177-06

收稿日期：2015-09-11

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（51178368，51478372）

作者簡(jiǎn)介：涂建維（1975-），男，湖北人，博士，研究員。主要從事土木程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制及特種混凝土結(jié)構(gòu)方面的研究。E-mail:waider1@163.com

Seismic Response Control ofAirport Towers Using Magnetic Friction Dampers

LUOWei,TU Jian-wei

(Hubei Key Laboratory of Roadway Bridge and Structure Engineering,Wuhan University of Technology, Wuhan 430070,China)

Abstract:To cope with the issue of constant slip force of passive friction dampers,a new type barrel electromagnet friction damper was designed.The mechanical models of the passive friction damper and the magnetic friction damper were introduced respectively.With the airport signal tower structure as the research background,a three-dimensional finite element static model was established by means of ANSYS.Then,based on some assumptions,the three-dimensional model was simplified to a series of two-dimensional lumped mass dynamic models.The vibration control effects of the passive friction damper and the magnetic friction damper for the airport signal tower under the earthquake were discussed.Results of this study show that the semi-active control of the magnetic friction damper performs much better than the passive control of the passive friction damper.It may have a good prospect in actual engineering application.

Key word:vibration and wave;magnetic friction damper;signal towel structure;passive control;semi-active control