电液式可变刚度装置的设计及计算

　　1　引　言

　　结构振动控制,就是对结构施加控制系统,也即由其与结构共同抵御外动荷载的作用,以调谐和减小结构的动力反应。根据其工作原理可分为被动控制、主动控制、半主动控制、混合控制四类。其中半主动控制是通过改变受控结构的参数来减小结构振动的响应。由于其既不象主动控制那样需要巨大的外部能源直接提供控制力,又不必象被动控制那样不要结构振动的信息介入而“被动”地减振,且控制效果理想,因而日益受到人们的重视。

　　半主动结构振动控制根据其工作原理又分为变刚度和变阻尼两种[1～3]。本文介绍的是实现变刚度半主动结构控制的一种装置——电液式可变刚度装置的设计与计算。

　　2　电液式可变刚度装置的通用图

　　液压集成系统是变刚度半主动结构振动控制系统的重要组成部分,是实现刚度“可变”的执行器。该系统主要由缸筒、活塞、前/后端盖、电磁阀、油路块、球头座、安装板等零部件组成。其通用图如图1所示。活塞杆通过球头、球头座、安装板和梁连结(在此称为构件A)。缸体通过前端盖、方圆筒、安装板与可变刚度构件联接(称为构件B)。

　　当电磁阀处于关闭状态时,整个油路不通,由于油缸内油的不可压缩性,构件A相对构件B无法产生相对位移,使得可变刚度构件成为主体结构刚度的一部分,此时可变刚度构件为ON状态。

　　当电磁阀开启时,油路开通,油缸与活塞之间可以发生相对滑动,此时可变刚度构件不再为主体结构刚度的一部分,而与主体结构分离,此时可变刚度构件为OFF状态[1,2,3]。

　　为了对系统的最大工作压力作有效的控制,系统中安装了压差传感器,当液压系统所承受的力大于系统最大设计工作压力时,电磁阀开启,此时油缸与活塞之间产生相对滑动,可变刚度构件为OFF状态。

　　3　装置主要参数的设计计算

　　3.1　变刚度系列油缸行程L1的计算

　　当变刚度半主动结构振动控制系统安装在建筑结构的相邻两层楼板之间时,油缸的行程根据其相邻层层间位移的最大值确定。

　　由《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(以下简称规程)(JGJ3-91)[4]中知结构相邻层间最大位移的确定与结构体系、层高、弹塑性位移增大系数有关。以剪力墙结构体系为例,在地震力作用下采用一般装修标准时,按弹性方法计算的楼层层间位移与层高之比△u/h的限值为1/900。考虑在地震力作用下,结构进入弹塑性状态,则

式中ηp为弹塑性位移增大系数;△ue是按弹性分析的层间位移。