基于虚拟控制系统的建筑结构子结构控制识别方法

Current substructure identification methods for buildings is not reliable enough to accurately identify local structural damage. To solve this problem, a virtual control system (VCS) based substructure controlled identification method for buildings is proposed in this project. By using VCS to control the dynamics of substructure, the goal of improving substructure identification accuracy is achieved. First, the mechanism of VPS to control substructure identification accuracy is investigated. Second, the uncertainty of controlled substructure identification using VCS, due to measurement noise, is quantified. Third, optimization design method of VCS is investigated to minimizing the identification error of the structural parameters and damage. Finally, the VPS based controlled substructure identification method is validated by a structural vibration test and by the measured responses from a real building. This project smartly combines self-balanced VCS and substructure identification method. By using the optimized VCS, the parameter identification accuracy of buildings is greatly improved, under the condition that no real control device is implemented to alter the original structural responses. This project provides an advanced methodology to accurately identify damage in large complex building structures, which is of great scientific significance and practical value.

针对现有建筑结构子结构方法难以可靠地准确识别结构局部损伤的问题，本项目发展基于虚拟控制系统的建筑结构子结构控制识别方法，通过虚拟控制系统调控子结构振动特性，实现提升子结构参数识别精度的目标。首先，研究虚拟控制系统调控子结构参数识别精度的作用机理；其次，建立由于测量噪音导致的基于虚拟控制系统的建筑结构子结构控制识别结果不确定性的量化分析方法；第三，研究子结构控制识别中虚拟控制系统优化设计方法，实现建筑结构子结构参数和损伤识别误差的最小化；最后，通过模型振动试验和实际工程监测数据，验证基于虚拟控制系统的建筑结构子结构控制识别方法的有效性。本项目巧妙地将自平衡虚拟控制系统与子结构方法相结合，在不需要安装任何实际结构控制装置且不改变原有结构响应的条件下，通过虚拟控制系统优化设计，大幅提升建筑结构参数和损伤识别精度，为准确识别大型复杂结构损伤提供先进有效的理论和方法，具有重要的科学意义和实用价值。

针对现有建筑结构子结构方法难以可靠地准确识别结构局部损伤的问题，本项目发展了基于虚拟控制系统的建筑结构子结构控制识别方法，通过虚拟控制系统调控子结构振动特性，实现提升子结构参数识别精度的目标。首先，开展了虚拟控制系统调控子结构参数识别精度的作用机理，揭示了虚拟控制系统在不改变结构响应的条件下提升建筑结构子结构参数识别精度的工作原理；其次，研究了基于虚拟质量控制方式的建筑结构参数虚拟控制识别方法，通过虚拟质量调节受控子结构自振频率，提升结构参数识别精度；第三，研究了基于虚拟阻尼和刚度控制方式的建筑结构参数虚拟控制识别方法，利用虚拟控制系统调节影响结构参数识别精度的权重系数，提升结构参数识别精度；并在考虑结构参数存在不确定性的条件下，提出了自适应的虚拟控制系统参数优化设计方法，得到了可以提升结构识别参数精度的鲁棒的虚拟控制系统；第四，研究了基于虚拟控制系统的建筑结构参数的子结构循环控制识别方法，通过引入虚拟控制系统明显改善了原建筑结构子结构循环识别序列的收敛性，并显著提升了结构参数的最终识别精度，从而实现了仅采用三层结构加速度响应对特定层结构参数的识别；最后，通过一个三层和一个五层缩尺模型振动试验，验证上述三种基于虚拟控制系统的建筑结构子结构控制识别方法的有效性。本项目巧妙地将自平衡虚拟控制系统与子结构方法相结合，在不需要安装任何实际结构控制装置且不改变原有结构响应的条件下，通过虚拟控制系统优化设计，大幅提升建筑结构参数和损伤识别精度，为准确识别大型复杂结构损伤提供先进有效的理论和方法。