第一篇 多维地震动及结构多维振动分析第1章 多维地震动 3
1.1 概述 3
1.2 地震动转动分量的求取方法 4
1.2.1 转动分量的弹性波理论方法 4
1.2.2 转动分量的两点差法 8
1.2.3 转动分量的强震观测 8
1.3 体波情况下转动分量的时程 9
1.3.1 转动分量计算公式 9
1.3.2 入射角 13
1.3.3 视波速 18
1.3.4 坐标变换 18
1.3.5 计算步骤和数值算例 19
1.4 面波情况下转动分量的时程 23
1.4.1 R波情况 23
1.4.2 L波情况 24
1.4.3 相速度 25
1.5 地震动转动分量的随机模型 32
1.5.1 体波情况 32
1.5.2 面波情况 36
参考文献 38
第2章 结构多维振动模型 40
2.1 概述 40
2.2 具有刚性楼盖结构的平扭耦联振动 40
2.2.1 单层结构体系 40
2.2.2 多层结构体系 47
2.3 等效刚度参数识别法 56
2.3.1 等效刚度参数识别的基本原理 56
2.3.2 空间结构的等效刚度参数识别法 57
参考文献 58
第3章 结构多维地震反应 59
3.1 时域分析 59
3.1.1 结构多维振动方程 59
3.1.2 振型分解法 60
3.1.3 地震反应的逐步积分法 61
3.1.4 地震反应的状态空间分析法 72
3.2 随机反应分析 73
3.2.1 结构随机振动的振型位移法 73
3.2.2 多维随机振动的振型加速度法 74
3.3 基于Simulink仿真分析 77
3.3.1 系统状态方程 77
3.3.2 Simulink仿真环境简介 77
3.3.3 Simulink模型的建立 79
3.3.4 Simulink模型的有效性分析 84
参考文献 85
第4章 非经典阻尼体系地震反应 87
4.1 复特征向量的正交性 87
4.2 复模态叠加法 88
4.3 非经典阻尼体系随机反应 90
参考文献 93
第二篇 结构被动控制系统 97
第5章 基础隔震结构体系 97
5.1 概述 97
5.2 隔震装置 101
5.2.1 多层橡胶支座的分类 102
5.2.2 多层橡胶支座的力学性能 103
5.2.3 多层橡胶支座的设计 109
5.3 隔震结构模型及高宽比限值简化公式 112
5.3.1 隔震结构计算模型 112
5.3.2 高宽比限值简化公式推导 116
5.4 水平地震动作用下隔震结构高宽比限值分析 119
5.4.1 影响高宽比限值的因素 119
5.4.2 影响因素分析 120
5.5 考虑竖向地震作用时高宽比限值分析 124
5.5.1 竖向地震作用下隔震结构的运动方程 124
5.5.2 竖向地震作用对高宽比限值的影响 125
5.5.3 隔震结构高宽比限值的建议 128
5.6 偏心隔震结构简化计算公式 129
5.6.1 偏心隔震结构动力方程的建立 130
5.6.2 偏心隔震结构地震反应分析 132
5.6.3 偏心隔震结构地震作用的简化计算公式 142
参考文献 145
第6章 调谐质量阻尼器减振体系 148
6.1 概述 148
6.2 TMD的计算模型及影响参数分析 148
6.3 TMD系统对结构地震反应的控制 151
6.4 多调谐质量阻尼器系统的控制原理 153
6.5 MTMD对偏心结构的减震控制 155
6.5.1 偏心结构-MTMD计算模型 155
6.5.2 MTMD控制系统参数的优化设计 157
6.5.3 数值算例 159
参考文献 163
第7章 调谐液体阻尼器减振体系 164
7.1 概述 164
7.2 TLD的减振原理 164
7.3 TLD中动水压力的简化计算 165
7.3.1 矩形TLD中水的固有特性 165
7.3.2 TLD中液体动液压力的计算 166
7.4 TLD结构减振体系的简化计算方法 168
7.4.1 控制系统的数学模型 168
7.4.2 TLD-结构体系的状态方程及时域分析 168
7.4.3 TLD结构体系简化计算实例 169
7.5 利用多个TLD控制结构多振型反应 171
7.5.1 结构计算模型与动力特性计算 171
7.5.2 被动控制装置TLD尺寸的选取 172
7.5.3 利用TLD控制多振型动力反应 172
7.6 TLD的实验研究 173
7.6.1 试验模型及实验参数 173
7.6.2 试验结果分析 174
7.7 利用TLD进行空间结构减振控制 175
7.7.1 理论自振周期 177
7.7.2 非线性TLD模型 177
7.7.3 试验设备及步骤 178
7.7.4 试验结果 179
参考文献 181
第8章 调液柱型阻尼器减振体系 183
8.1 概述 183
8.2 环形调液阻尼器的减振研究 184
8.2.1 CTLCD减振系统的运动方程 185
8.2.2 CTLCD中阻尼的等价线性化 186
8.2.3 CTLCD-结构体系的运动方程 187
8.2.4 CTLCD等效阻尼的精确性分析 188
8.2.5 控制器的最优参数 191
8.2.6 CTLCD对结构扭转振动控制的参数分析 193
8.2.7 CTLCD对结构平移-扭转耦联振动控制的参数分析 194
8.3 调液阻尼器对结构扭转耦联振动控制的优化设计 197
8.3.1 控制体系的运动方程 198
8.3.2 目标函数评估 201
8.4 调液阻尼器对多层偏心结构扭转耦联振动控制的分析 204
8.5 CTLCD振动控制中的拍 210
8.5.1 纯扭转振动控制中的拍 211
8.5.2 拍对结构受迫振动的影响 219
8.5.3 结构扭转耦联振动控制中拍的研究 221
8.6 调液阻尼器对结构扭转耦联振动控制的试验研究 224
8.6.1 试验模型 224
8.6.2 试验参数 225
8.6.3 试验结果分析 226
8.6.4 理论值与试验值的比较 229
参考文献 230
第9章 耗能阻尼器的减震与设计 233
9.1 概述 233
9.2 摩擦阻尼器 233
9.2.1 摩擦阻尼器的构造 233
9.2.2 摩擦阻尼器受力特性 235
9.2.3 摩擦阻尼器的减震效果和设计 236
9.3 黏弹性阻尼器 239
9.3.1 黏弹性阻尼器的构造 239
9.3.2 VED的受力特性 241
9.3.3 剪力储存模量和损耗模量的影响因素 242
9.3.4 VED的减震效果和设计 246
9.4 黏滞液体阻尼器 250
9.4.1 黏滞液体阻尼器的构造 250
9.4.2 VFD的受力特性 252
9.4.3 VFD的减震效果和设计 258
9.5 软钢阻尼器 265
9.5.1 软钢阻尼器的构造 265
9.5.2 软钢阻尼器受力特性 265
9.5.3 软钢阻尼器的振动台减震试验 272
9.5.4 偏心结构软钢阻尼器减震设计的简化能力谱方法 282
9.5.5 消能支撑对结构不利因素影响 305
9.5.6 工程应用 313
参考文献 326
第三篇 控制算法 333
第10章 基于现代控制理论的主动控制算法 333
10.1 概述 333
10.2 最优控制算法 333
10.2.1 LQR 333
10.2.2 瞬时最优控制算法 334
10.3 模态控制算法 336
10.3.1 极点配制法 336
10.3.2 独立模态空间控制 337
10.3.3 滑动模态控制 337
10.4 鲁棒控制算法 338
参考文献 339
第11章 神经网络控制算法 340
11.1 概述 340
11.2 人工神经网络的性能 341
11.3 结构控制中常用的神经网络模型 343
11.3.1 静态多层前向网络 343
11.3.2 动态网络模型 344
11.4 人工神经元模型及传递函数 344
11.5 多层前向网络的函数逼近能力 346
11.6 多层前向网络的学习 346
11.6.1 神经网络的学习方式和学习算法 346
11.6.2 BP算法 347
11.7 BP算法的改进 351
11.8 神经网络的稳定性、容错性、鲁棒性和泛化能力 352
11.9 神经网络控制方案 354
11.9.1 神经网络监督控制 354
11.9.2 神经网络直接逆模型控制 355
11.9.3 神经网络自适应控制 355
11.9.4 神经网络内模控制 357
11.9.5 神经网络预测控制 357
11.9.6 神经网络自适应判断控制 357
11.10 基于多分支BP网络的结构系统辨识 358
11.10.1 系统辨识基础 359
11.10.2 ANN系统辨识方法 360
11.10.3 基于多分支BP网络的结构系统辨识 362
参考文献 375
第12章 模糊逻辑控制算法 377
12.1 概述 377
12.2 模糊逻辑控制的特点 377
12.3 模糊逻辑控制中的基本概念 378
12.3.1 模糊集合及其运算 378
12.3.2 模糊控制中隶属度函数的确定原则 380
12.3.3 模糊控制中常用的隶属度函数形式 381
12.3.4 模糊逻辑及其运算 382
12.4 模糊逻辑与近似推理 382
12.5 模糊逻辑控制的基本原理 384
12.5.1 模糊结构控制过程 384
12.5.2 模糊逻辑控制方式 387
参考文献 388
第13章 遗传算法 389
13.1 概述 389
13.2 标准的GA及其原理 390
13.2.1 GA的生物学基础 390
13.2.2 标准的GA 391
13.3 GA的运行参数 395
13.4 GA的基本原理 396
13.4.1 模式定理（schema theorem） 396
13.4.2 积木块假设 401
13.4.3 GA欺骗问题 401
13.4.4 隐含并行性 402
13.5 GA的应用示例 403
13.5.1 结构模型及参数 403
13.5.2 地震记录 404
13.5.3 遗传优化算法 405
13.5.4 计算及分析结果 406
参考文献 410
第14章 混合智能控制算法 411
14.1 概述 411
14.2 遗传优化神经网络控制 411
14.2.1 BP神经网络的遗传训练方法 411
14.2.2 神经网络结构的遗传优化设计 412
14.3 基于GA的模糊逻辑控制 414
14.3.1 基于GA的隶属度函数选择 415
14.3.2 GA在模糊规则优化中的应用 415
14.4 模糊神经网络 417
14.4.1 基于标准型的模糊神经网络 418
14.4.2 基于Takagi-Sugeno模型的模糊神经网络 424
参考文献 429
第四篇 主动、半主动及智能控制系统第15章 主动质量阻尼器控制系统 433
15.1 概述 433
15.2 AMD主动控制系统的减振机理 434
15.3 AMD主动控制系统的设计 436
15.4 偏心结构利用AMD减震的遗传BP神经网络控制 441
15.4.1 AMD-偏心结构控制系统模型 441
15.4.2 遗传BP神经网络对结构反应的预测与控制 443
15.4.3 数值算例 445
参考文献 449
第16章 半主动调液柱型阻尼器控制系统 451
16.1 概述 451
16.2 半主动TLCD减振机理 452
16.2.1 控制系统力学模型及减振设计 452
16.2.2 数值算例 455
16.3 偏心结构利用半主动TLCD减震的智能控制 458
16.3.1 控制系统运动方程 458
16.3.2 半主动控制准则 460
16.3.3 神经网络对结构响应的预测 461
16.3.4 TLCD减震的神经网络控制 462
16.3.5 TLCD减震的模糊半主动控制 468
16.4 半主动变刚度TLCD减震控制的研究 472
16.4.1 SAVS-TLCD的减振性能 473
16.4.2 半主动控制策略 475
16.4.3 单自由度数值算例 476
16.4.4 多自由度算例分析 480
16.4.5 偏心结构利用SAVS-TLCD的减震控制 483
参考文献 486
第17章 磁流变阻尼器控制系统 488
17.1 概述 488
17.1.1 MRF的基本构成 488
17.1.2 磁流变阻尼器的构造 490
17.1.3 MRD在土木工程中的研究进展 492
17.1.4 MRD在其他领域中的应用 503
17.1.5 小结 506
17.2 MRD动力学模型 506
17.2.1 MRD参数化动力学模型 507
17.2.2 MRD非参数化动力学模型 518
17.2.3 MRD的双Sigmoid模型 520
17.3 半主动控制策略 528
17.3.1 研究进展 529
17.3.2 多态控制策略 535
17.3.3 改进Clipped-Optimal控制策略 541
17.4 框-剪偏心结构MRD控制 543
17.4.1 磁流变阻尼结构动力方程 543
17.4.2 结构状态观测器和速度观测器的建立 549
17.4.3 结构状态方程 551
17.4.4 MRD控制偏心结构的平扭耦联振动反应 551
17.4.5 小结 562
17.5 框-剪偏心结构扭转耦联反应半主动控制试验研究 562
17.5.1 结构控制系统的实现 563
17.5.2 试验建立 567
17.5.3 结构反应的测量 570
17.5.4 试验工况 573
17.5.5 试验结果与分析 576
17.6 MRD智能加固体系的振动台试验 582
17.6.1 抗震结构的损伤准则 583
17.6.2 结构损伤的修复 587
17.6.3 MRD抗震加固设计要点 590
17.6.4 MRD抗震加固振动台试验 590
17.6.5 小结 596
参考文献 596
第18章 压电摩擦阻尼器控制系统 608
18.1 压电效应与压电材料 608
18.2 压电智能减振器 610
18.2.1 压电智能主动控制装置 610
18.2.2 压电智能摩擦耗能器 613
18.3 压电摩擦阻尼器的性能测试 615
18.3.1 压电材料的本构方程 615
18.3.2 压电摩擦阻尼器 616
18.3.3 阻尼器的性能测试 619
18.4 半主动摩擦阻尼控制体系 621
18.4.1 控制体系数学模型 621
18.4.2 半主动摩擦阻尼器 623
18.4.3 控制算法 624
18.4.4 控制参数的优化 629
18.4.5 实施过程 630
18.5 仿真模型的建立与数值计算 630
18.5.1 被动摩擦阻尼器仿真模型的建立 630
18.5.2 半主动系统仿真模型的建立 633
18.5.3 程序验证 636
18.6 压电摩擦阻尼器减震的数值分析 637
18.6.1 单自由度数值算例 637
18.6.2 单向地震动多自由度算例 638
18.6.3 多维地震动多自由度算例 648
参考文献 650
第19章 形状记忆合金阻尼器控制系统 653
19.1 形状记忆合金 653
19.1.1 SMA工作原理（马氏体相变） 653
19.1.2 SMA的特性 654
19.2 SMA在结构振动控制中的应用 657
19.2.1 SMA用于结构主动控制 657
19.2.2 SMA用于结构被动控制 660
19.2.3 SMA智能混凝土 668
19.3 SMA线材力学性能试验研究 670
19.3.1 超弹性SMA线材的力学性能测试 671
19.3.2 马氏体相SMA线材回复力测试 677
19.4 SMA本构关系模型 682
19.4.1 唯象理论模型 682
19.4.2 基于神经网络的SMA超弹性本构关系模型 686
19.5 SMA混凝土梁自修复能力试验研究 692
19.5.1 试验设计及试件制作 693
19.5.2 超弹性SMA混凝土梁自修复性能测试 696
19.5.3 马氏体相SMA混凝土梁自修复性能测试 704
19.6 SMA混凝土柱动态特性试验研究 706
19.6.1 试验设计 706
19.6.2 SMA混凝土柱自由振动测试 707
19.6.3 SMA混凝土柱通电激励振动测试 709
19.7 SMA混凝土结构地震反应分析 711
19.7.1 单向地震作用下SMA混凝土结构地震反应分析 712
19.7.2 双向地震作用下SMA混凝土结构地震反应分析 723
19.8 超弹性形状记忆合金阻尼器 730
19.8.1 耗能-复位SMA阻尼器（CT-RC阻尼器） 730
19.8.2 改进的CT-RT阻尼器 733
19.8.3 多维SMA阻尼器 734
参考文献 739
第20章 基于市场机制的结构控制 747
20.1 基于市场控制策略的提出 747
20.1.1 分布式控制 747
20.1.2 基于市场控制策略 748
20.2 基于市场的理论控制算法 750
20.2.1 结构振动方程和状态空间描述 750
20.2.2 线性二次型经典最优控制 751
20.2.3 MBC算法的理论基础 753
20.2.4 结构控制系统的市场模型 755
20.2.5 MBC算法应用总结 760
20.3 MBC算法程序实现和参数优化设计 762
20.3.1 MBC算法程序实现 763
20.3.2 算例分析与模型参数研究 765
20.3.3 市场模型参数优化 770
20.3.4 优化结果评估 771
20.4 改进MBC算法及应用 774
20.4.1 偏心结构动力方程和控制系统的状态空间表达 774
20.4.2 偏心平-扭耦联结构控制系统的市场模型建立 775
20.4.3 MRD特性 778
20.4.4 计算实例 779
20.5 对偏心结构风振控制及算法的鲁棒性 789
20.5.1 偏心结构风振控制的力学模型 789
20.5.2 随机风模拟 790
20.5.3 数值算例及分析 792
参考文献 799