一种大跨长联连续桥梁减震控制方法

1.本发明属于桥梁减震控制技术领域，具体涉及一种大跨长联连续桥梁减震控制方法。


背景技术：

2.桥梁是架设于特殊地形保证通行的构筑物，是现代交通体系的重要组成部分，也是国家和社会发展的重要基础设施。连续梁桥具有自身结构刚度大、整体性好、节省材料、超载能力大、动力性能好等优点，是目前我国应用最多的桥型之一。我国属于世界地震多发国家之一，而连续梁桥自重大的特点和特殊的结构体系并不利于抗震，因此对连续梁桥施加减震控制方案，减小结构在地震作用下遭受的破坏具有积极的意义。
3.现有技术中对桥梁工程的减震已经做了大量研究，但是作为控制装置的结构元件往往相对精细，而桥梁工程通常在露天环境下服役，控制装置在长期运行中可能受到外部因素或本身老化引起故障的影响，尤其是地震等突发高烈度因素会对控制装置产生负面作用，且一次大震以后经常会发生多次余震，使得控制装置失去稳定性，达不到预期的控制效果。目前，针对控制装置失去稳定性的应对措施研究仍然较少，这限制了控制装置对桥梁减隔震的应用效果。在部分控制装置发生故障后，如何使整个减震控制系统在维修措施到达之前仍能稳定运行以保证桥梁安全成为当下需要进一步研究的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的大跨长联连续桥梁减震控制方法解决了现有的桥梁减震控制系统中没有考虑控制装置失去稳定性的问题。
5.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种大跨长联连续桥梁减震控制方法，包括以下步骤：
6.s1、构建大跨长联连续桥梁的动力有限元分析模型，将磁流变阻尼器作为连续桥梁的减震控制装置并构建控制器动力模型，共同作为减震控制系统；
7.s2、对于减震控制系统，采用考虑容错的半主动控制方案对连续桥梁进行出力控制；
8.s3、对随机地震激励下的连续桥梁结构进行抗震可靠性分析，确定最优出力控制方案对连续桥梁进行减震控制。
9.进一步地，所述步骤s1中动力有限元分析模型包括桥梁的上部结构模型、下部结构模型，以及支座的建模和布置模型；
10.所述控制器动力模型包括正向模型和逆向模型，基于所述控制器动力模型使磁流变阻尼器通过调整电压对连续桥梁结构进行出力控制。
11.进一步地，所述正向模型为bingham模型、bouc-wen模型或spencer模型；
12.所述逆向模型为基于ssa-bp神经网络训练得到的逆向模型。
13.进一步地，所述步骤s2中，考虑容错的半主动控制方案是指当系统出现故障后系
统能够自行根据结构的动力响应或外界载荷的变化情况及时对控制装置的参数进行调整，使得系统在可接受范围内保持稳定和连续的容错控制，容错控制的表达式为：
[0014][0015]
式中，fd为阻尼器的可调半主动控制力，δ故障补偿系数，f
dmax
为阻尼器可输出控制力的最大值，为阶跃函数，u为主动最优控制力，为阻尼器活塞相对速度，f
dmin
为阻尼器可输出控制力的最小值。
[0016]
进一步地，所述步骤s2中，采用所述考虑容错的半主动控制方案对连续桥梁进行出力控制时，当故障磁流变阻尼器被隔离时，在其进行检修恢复功能前不再参与系统控制，并调整同一控制部位的其它无故障磁流变阻尼器对控制部位进行出力补偿；
[0017]
其中，出力补偿的表达式为：
[0018][0019]
式中，为下一时刻补偿后的出力，δ为故障增益系数，u(t 1)为系统正常时的期望出力，uf(t 1)为下一时刻控制部位的输出力，且μ为磁流变阻尼器的失效因子，μ表示为[μ1,μ2,...,μi,...,μn]1×n，n为控制部位安装磁流变阻尼器的总数量，为同一控制部位的各磁流变阻尼器的期望出力，
[0020]
进一步地，所述步骤s3具体为：
[0021]
s3-1、构建随机地震动物理模型；
[0022]
s3-2、根据随机地震动物理模型，生成连续桥梁结构的随机地震波；
[0023]
s3-3、基于生成的随机地震波，采用概率密度演化方法求解连续桥梁结构的随机地震响应信息，获得连续桥梁结构的结构反应量的概率密度演化信息；
[0024]
s3-4、基于概率密度演化信息结合吸收边界条件，计算不同出力控制方案下连续桥梁结构的动力可靠性；
[0025]
s3-5、基于计算出的动力可能性，确定最优出力控制方案，对连续桥梁进行减震控制。
[0026]
进一步地，所述步骤s3-1中的随机地震动物理模型根据加速度峰值a0、场地土卓越周期t、场地的阻尼比ξg以及场地土卓越频域ωg，并考虑震源、传播途径以及场地条件建模形成。
[0027]
进一步地，所述步骤s3-2具体为：
[0028]
s32-1、采用gf偏差方法选取离散代表性点集，对随机地震动物理模型参数进行赋值，进而生成含赋得概率的地震加速度时程样本；
[0029]
s32-3、基于生成的地震加速度时程样本，对构建的动力有限元分析模型进行地震动激励，进而沿连续桥梁结构输入随机地震波。
[0030]
本发明的有益效果为：
[0031]
(1)本发明利用遗传算法对lqr经典最优控制算法的控制力进行寻优求解，确定了合理的控制参数并得到相应权矩阵，获得了最优主动控制力,以lqr经典最优主动控制算法作为半主动控制方案的理论基础。针对控制部位的磁流变阻尼器在运行过程中可能出现失效故障影响正常出力控制的情况，对作动器的故障模式进行了分析，并基于此将容错控制考虑进半主动控制方案中，通过对故障出力做出增压补偿来达到保持半主动控制方案预期减震效果的目的。
[0032]
(2)本发明采用数值分析方法进行了多工况下连续梁桥结构的动力响应计算，对每种工况所应用的减震控制方案做出了评估，对比了无控制状态、主动控制状态、半主动控制正常工作状态、故障时采取补偿措施状态、故障时无补偿措施状态的连续梁桥地震响应，减震结果的对比表明考虑容错的半主动控制方案是有效且必要的。
[0033]
(3)本发明虑连续梁桥桥墩墩顶位移响应做为对比依据，通过对无控制状态、故障时采取补偿措施状态、故障时无补偿措施状态，三种工况结构在随机地震作用下的动力可靠度进行对比分析，得出连续梁桥的可靠性随着设置失效阈值的减小而加速下降，在同一失效阈值指标下，考虑容错的半主动控制方案的动力可靠度最高。
附图说明
[0034]
图1为本发明实施例中的大跨长联连续桥梁减震控制方法流程图。
[0035]
图2为本发明实施例中的bingham模型简图。
[0036]
图3为本发明实施例中的bouc-wen模型简图。
[0037]
图4为本发明实施例中的spencer模型简图。
[0038]
图5本本发明实施例中0.6g地震作用下午控状态的100条墩定位移时程。
[0039]
图6为本发明实施例中0.6g地震作用下连续梁桥墩顶位移统计均值与统计标准差值。
[0040]
图7为本发明实施例中0.6g地震作用下连续梁桥墩顶位移统计标准差对比图。
[0041]
图8为本发明实施例中典型时段(10s～16s)的概率密度曲面。
[0042]
图9为本发明实施例中典型时段(10s～16s)的概率密度等值线。
[0043]
图10为本发明实施例中大跨连续梁桥结构在不同失效阈值指标下的抗震可靠度曲线；其中，(a)无控状态；(b)动作器故障状态；(c)容错控制状态。
[0044]
图11为本发明实施例中可靠度随失效阈值的变化趋势。
具体实施方式
[0045]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0046]
实施例1：
[0047]
本发明实施例提供了一种大跨长联连续桥梁减震控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0048]
s1、构建大跨长联连续桥梁的动力有限元分析模型，将磁流变阻尼器作为连续桥
梁的减震控制装置并构建控制器动力模型，共同作为减震控制系统；
[0049]
s2、对于减震控制系统，采用考虑容错的半主动控制方案对连续桥梁进行出力控制；
[0050]
s3、对随机地震激励下的连续桥梁结构进行抗震可靠性分析，确定最优出力控制方案对连续桥梁进行减震控制。
[0051]
本发明实施例的步骤s1中，动力有限元分析模型构建的基本思路为：首先将结构连续的求解区域离散化成为由有限个按一定方式相互联接在一起的单元的组合体；在各自的单元内选择合适的插值或位移模式；计算每个单元及整个结构的动能及应变能。由于桥梁复杂的结构形式和本构关系，其计算剖分单元过多，求解规模较大，给计算研究带来许多不便。桥梁通常为细长结构，为了简化计算难度和缩短分析时间，本实施例中采用梁段有限元法进行桥梁结构的空间动力计算，本实施例中根据连续梁桥结构的动力平衡方程，先导出桥梁各部位的单元质量矩阵、单元刚度矩阵、单元阻尼矩阵，在此基础上再推导出坐标变换矩阵；因此，本实施例中的步骤s1中动力有限元分析模型包括桥梁的上部结构模型、下部结构模型，以及支座的建模和布置模型。
[0052]
本发明实施例中的步骤s1中，基于磁流变阻尼器构建的控制器动力模型包括正向模型和逆向模型，基于所述控制器动力模型使磁流变阻尼器通过调整电压对连续桥梁结构进行出力控制。
[0053]
本实施例中正向模型为bingham模型、bouc-wen模型或spencer模型；其中，bingham模型库由仑摩擦元件和阻尼元件并联而成，其结构如图2所示；bouc-wen模型由bouc-wen滞环、阻尼元件和弹性元件三部分并联而成，其结构如图3所示；spencer模型为对bouc-wen模型进一步修正而成，其模型结构如图4所示。在本实施例中，优选经spencer改进的bouc-wen模型能够更准确地反应阻尼器的力学特性效果，且比较适合应用于大型工程。
[0054]
本实施例中的逆向模型为基于ssa-bp神经网络训练得到的逆向模型，用于描述输出阻尼力、内部活塞的相对位移和速度、输入电信号之间的关系。ssa-bp神经网络输入层、隐含层、输出层均为1层，且ssa-bp神经网络的输入变量为上一时刻输入电压u(t-1)、上一时刻活塞相对位移x(t-1)、上一时刻活塞相对速度上一时刻输出力f(t-1)以及当前时刻活塞相对位移x(t)、当前时刻活塞相对速度当前时刻输出力f(t)，输入层设置7个节点。选取输出变量为：当前时刻输入电压u(t)，输出层设置1个节点。根据输入层和输出层的节点数为：
[0055][0056]
式中，n为输入层节点数，取7；m为输出层节点数，取1；μ为范围在1～10之间的常数，其取值可根据调试结果确定，本实施例分别取q值为2～13进行试验。隐含层中的传递函数设置为正切s型tan-sig函数，输出层中的传递函数设置为线性purelin函数，训练算法采用具有相对较快收敛速度的levenberg-marquardt算法trainlm，为了防止出现局部最小问题，学习函数采用learngdm函数。
[0057]
本发明实施例的步骤s2中，要防止连续梁桥结构发生破坏，一种可行的方法就是对结构施加控制措施，减小其在动荷载作用下的动力响应。结构减震控制依靠在结构合理部位布置的控制装置与结构自身所构成的协同系统来共同抵抗外部激励。对连续梁桥结构
进行减震控制可以有效地提高结构的抗震能力，是工程防灾减灾领域积极有效的对策。按照控制系统和外界输入能量、结构振动反馈信息的关系，可以将对结构的减震控制分为被动控制、主动控制和半主动控制。
[0058]
本实施例中采用的考虑容错的半主动控制，桥梁在实际运行过程中面临复杂的环境，因此mr阻尼器在对连续梁桥做减震控制的实际应用中经常会受各种外界因素(外界温度变化、交通或地震产生的载荷突变等)或者阻尼器的各种本身因素(腔体漏油、磁性颗粒沉淀或凝聚等)的影响，这可能导致mr阻尼器发生故障；容错控制是指当系统出现故障后能够自行处理并在可接受范围内保持稳定和连续的一种控制。对控制系统增加容错考虑后，系统内一个或多个组件发生故障并不会导致整个系统的瘫痪。容错控制的原理就是对故障组件进行隔离，并在硬件冗余或软件冗余的基础上对系统进行重构，进而解决或缓解故障问题。硬件冗余利用与故障组件功能相同的平行组件代替原组件工作；软件冗余分析故障组件的解析关系并通过计算产生信号重构系统。在容错控制策略中，一般软件冗余和硬件冗余均有涉及。对于自重较大的大跨连续梁桥减震控制，控制出力要求较高，布置在桥梁特定位置的控制系统需要多个mr阻尼器共同运行来完成出力任务。当其中部分阻尼器存在故障时，其余无故障阻尼器未达到出力上限，这为利用其它无故障阻尼器硬件冗余进行容错控制创造了条件。
[0059]
因此，考虑容错的半主动控制，是指当系统出现故障后系统能够自行根据结构的动力响应或外界载荷的变化情况及时对控制装置的参数进行调整，使得系统在可接受范围内保持稳定和连续的容错控制。
[0060]
容错控制的表达式为：
[0061][0062]
式中，fd为阻尼器的可调半主动控制力，δ故障补偿系数，f
dmax
为阻尼器可输出控制力的最大值，为阶跃函数，u为主动最优控制力，为阻尼器活塞相对速度，f
dmin
为阻尼器可输出控制力的最小值。
[0063]
为了方便在mr阻尼器发生故障后采取相应的应对措施，需要对阻尼器的故障模式进行定义。期望出力与实际出力存在较大偏差是mr阻尼器最典型的故障表现。一般而言，可以将mr阻尼器的故障模式分为三种：增益变化故障、卡死故障和偏差变化故障。根据其故障模式的不同，mr阻尼器的故障模型可表示为如下形式：
[0064][0065]
式中，f(t)为力传感器测得的磁流变阻尼器实际出力，为磁流变阻尼器期望出力，a为增益故障的程度，b为磁流变阻尼器所发生偏差故障的值；
[0066]
当出现偏差变化故障时，a的取值为1，b的取值表示磁流变阻尼器所发生的偏差故障的值；当出现增益变化故障时，b的取值为0，a的取值为0～1，a的取值表征增益故障的程度；当出现卡死故障时，a的取值为0。
[0067]
控制系统出力任务由同一控制部位的多个mr阻尼器共同完成，当其中部分阻尼器因故障而发生完全增益损失故障时，故障阻尼器所在控制部位输出总控制力的可调节范围就会缩小。若此时该控制部位其他正常阻尼器仍按计算所得期望出力来输入对应电压或电流，失效阻尼器的存在会使实际出力达不到计算出力的要求，进而影响结构减震控制效果。对于发生增益变化故障或偏差变化故障的单个阻尼器，若发生的故障低于某一阈值，故障损失出力占期望出力的比值较小，则对桥梁的正常运行影响不大。此时，发生故障的阻尼器由于偏差较小，仍可看作正常阻尼器参与工作。若故障高于某一阈值，则认为阻尼器发生了失效故障，可能对桥梁的正常运行造成影响。
[0068]
当阻尼器发生故障时，建立如下故障模型：结合工程实际，利用力传感器测得阻尼器实际出力f(t)，并与期望出力进行对比。本实施例使用的mr阻尼器模型经参数放大后出力范围在0～1000kn，考虑且时，认为该磁流变阻尼器发生失效故障。引入某控制部位中第i个磁流变阻尼器的失效因子μi；
[0069][0070]
将各个阻尼器的失效因子μi按照矩阵形式[μ1,μ2,...,μi,...,μn]1×n输入到容错控制部分，n为该控制部位安装磁流变阻尼器的总数量。该矩阵可看作此失效磁流变阻尼器所属控制部位的故障因子μ。当第i个阻尼器发生失效故障时，故障因子μ的矩阵形式为[1,1,...,0,...,1]1×n。将同一控制部位各个mr阻尼器的期望出力同样以矩阵的形式组集表示：假设有阻尼器发生故障时控制部位输出力为uf(t)，则uf(t)可以表示为：
[0071][0072]
故障阻尼器被隔离，在经检修恢复功能以前不再参与系统控制。
[0073]
故障的产生将使得传统的使用mr阻尼器进行减振控制的方法失去稳定性，达不到最优的减震目的。为了在故障发生以后桥梁在短时间内仍能安全运行，本实施例对已有的传统半主动控制算法增加容错的考虑，可以通过调整无故障阻尼器的出力对整个控制部位的出力做出补偿，下式表达了控制部位故障出力与无故障出力之间的关系：
[0074]
uf(t)＝δu(t)
[0075]
式中，u(t)为阻尼器无故障时控制部位总的输出力，在理想情况下，即所有阻尼器状态正常，失效因子μi均为1时，u(t)与控制部位的实际输出力uf(t)相等；δl为故障增益系数，代表控制部位故障出力和期望出力的比值。
[0076]
为方便对阻尼器进行故障分析，令故障fa(t)＝(1-δ)u(t)，则故障控制部位实际输出uf(t)＝u(t)-fa(t)。当控制部位存在阻尼器发生失效故障时，系统控制输出异常。故障增益系数δ《1，此时uf(t)《u(t)，输出力值达不到控制系统期望力值，因此控制系统性能会受到一定影响。
[0077]
因此，在本发明实施例中，采用所述考虑容错的半主动控制方案对连续桥梁进行出力控制时，当故障磁流变阻尼器被隔离时，在其进行检修恢复功能前不再参与系统控制，
并调整同一控制部位的其它无故障磁流变阻尼器对控制部位进行出力补偿；其中，出力补偿的表达式为：
[0078][0079]
式中，为下一时刻补偿后的出力，δ为故障增益系数，u(t 1)为系统正常时的期望出力，uf(t 1)为下一时刻控制部位的输出力，且μ为磁流变阻尼器的失效因子，μ表示为[μ1,μ2,...,μi,...,μn]1×n，n为控制部位安装磁流变阻尼器的总数量，为同一控制部位的各磁流变阻尼器的期望出力，
[0080]
通过同一控制部位的其它无故障阻尼器对实际输出阻尼力进行补偿，调整无故障阻尼器的电压或电流输入，使控制系统下一时刻补偿后的输出阻尼力等于系统正常时的期望阻尼力u(t 1)，从而消除阻尼器失效对系统性能的影响。
[0081]
本发明实施例的步骤s3的步骤s3具体为：
[0082]
s3-1、构建随机地震动物理模型；
[0083]
s3-2、根据随机地震动物理模型，生成连续桥梁结构的随机地震波；
[0084]
s3-3、基于生成的随机地震波，采用概率密度演化方法求解连续桥梁结构的随机地震响应信息，获得连续桥梁结构的结构反应量的概率密度演化信息；
[0085]
s3-4、基于概率密度演化信息结合吸收边界条件，计算不同出力控制方案下连续桥梁结构的动力可靠性；
[0086]
s3-5、基于计算出的动力可能性，确定最优出力控制方案，对连续桥梁进行减震控制。
[0087]
本实施例的步骤s3-1中的随机地震动物理模型根据加速度峰值a0、场地土卓越周期t、场地的阻尼比ξg以及场地土卓越频域ωg，并考虑震源、传播途径以及场地条件建模形成。。该随机地震动物理模型表征了地震动过程随机性的物理本质，并使其中的基本物理量可以被统计和观测。因此，引入了随机源参数的该模型可以对产生的地震动样本进行概率性描述。各类工程具有不同的场地条件，也可以通过现场测试的方式确定ξg与ωg的概率分布，以降低随机地震动的变异范围。
[0088]
在本实施例中，在超出结构本身设防烈度地震作用下，连续梁桥结构的安全将必然受到更严重的威胁，评估连续梁桥结构在此情况下能否保持安全，即对其进行可靠性评估非常重要，由于地震动激励强烈的随机性，没有办法在地震发生前准确地预测其频谱、幅值以及持续时间，这种情况会给连续梁桥结构的可靠性评估带来很大困难。考虑到连续梁桥结构自身的安全，本发明提出随机地震激励作用下大跨连续梁桥结构可靠性的概念。基于此，本发明实施例的步骤s3-2具体为：
[0089]
s32-1、采用gf偏差方法选取离散代表性点集，对随机地震动物理模型参数进行赋值，进而生成含赋得概率的地震加速度时程样本；
[0090]
s32-3、基于生成的地震加速度时程样本，对构建的动力有限元分析模型进行地震动激励，进而沿连续桥梁结构输入随机地震波。
[0091]
需要说明的是，在上述过程中，随机变量参数的样本空间中各个参数的值数量级并不一致，这种情况可能导致计算代表性体积时出现“大数吃小数”的错误。因此，为了避免
这种错误产生误差，可以先对其概率空间进行归一化的操作。操作方法为：令θ为考察的随机变量，随机变量的均值和标准差可分别表示为μ
θ
和σ
θ
，令：
[0092][0093]
式中，即为归一化后的随机变量，对其进行随机采样，再根据上式进行还原可以再次得到θ。
[0094]
本发明实施例的步骤s3-3中，采用总变差控制的有限差分法对概率密度演化信息进行求解。
[0095]
在本发明实施例s3-3～s3-4中，在概率密度演化方法确定概率密度演化理论的基础上，将其应用于桥梁结构考虑容错的半主动控制减震分析方法的推导，通过点演化方法对结构进行一系列确定性分析，并结合概率密度演化方程求解，从而体现了概率密度演化理论的机制，通过数值模拟，结合概率密度演化方法和系统物理方程求解随机动力分析问题，解得关键物理响应量的概率密度函数，进而获得结构在吸收边界条件下的可靠度。
[0096]
考虑地震动的随机性，将考虑随机性的动力系统运动方程表示为：
[0097][0098]
式中，m、c分别为质量和阻尼矩阵，f(
·
)、f(
·
)分别为恢复力和输入地震矢量；θ＝(θ1,θ2,...,θn)，表征了n个在系统中的随机参数；和u(t)分别代表加速度、速度和位移。
[0099]
实施例2：
[0100]
本实施例中选取大跨连续梁桥的墩顶位移作为感兴趣的物理响应量加以分析，进行概率密度演化分析以及相应的可靠性求解。设置了减震磁流变阻尼器以后，桥梁的抗震水平得到了一定程度的提高。为了进一步检验桥梁在遭遇超过结构本身抗震设防烈度的地震动后桥梁的抗震水平和减震方案的有效性，将随机地震动加速度的峰值设置为0.6g，分析大跨连续梁桥结构的随机动力特性。在实际工程中，结构的完整概率分布信息，譬如响应的概率分布函数受到更多的关注。
[0101]
分析桥的第2墩，图5为0.6g的100条随机地震动下连续梁桥结构在无控状态下的墩顶位移时程。图6-7中绘制了桥梁墩顶位移响应的统计均值和统计标准差值，将统计均值和统计标准差值放在同一图中进行对比分析，可以直观地看出大跨连续梁桥结构的地震响应具有较大的变异性。地震动激励的随机性可以导致结构响应的变异性达到了6倍。图8和图9分别给出了无控状态下大跨连续梁桥第2墩墩顶位移响应的概率密度随着时间演化的曲面图和等值线图。两图可以被形象地称为“山峰图”和“河流图”，他们分别像山峰和河流一样延伸并且随机涨落。通过概率密度演化对连续梁桥结构的分析，可以获得结构响应的丰富的概率信息，并用来描述结构的整体性能随着时间的波动情况，可以更形象便捷地应用在分析评估结构的可靠性上。
[0102]
基于前文获得的大跨连续梁桥结构动力响应的概率密度信息，在此基础上，对其施加和失效阈值相对应的吸收边界条件，可以通过计算获得连续梁桥结构的动力可靠度。
[0103]
本实施例以阳新高速公路黄河特大桥主桥为单跨跨径不超过150m的高速公路、一级公路上的桥梁，抗震设防类别为b类为例，桥墩容许位移可按下式计算：
[0104][0105]
θu＝l
p
(φ
u-φy)/k
ds
[0106]
式中，θu为最大容许转角，φy为截面的等效屈服曲率(1/cm)，φu为极限破坏状态的曲率能力(1/cm)，对于桥墩截面为矩形的桥梁，φy和φu与截面尺寸、钢筋的屈服应变约束混凝土的极限压应变有关。l
p
为等效塑性铰长度(cm)，k
ds
为延性安全系数，可取为2.0。结合阳新高速公路黄河特大桥的截面和材料资料，根据规范进行计算后，设置在0.6g的地震动加速度激励作用下墩顶位移容许位移δu的阈值分别取0.08m、0.07m、0.06m、0.05m、0.04m。对设置的各个不同的阈值计算相应的动力可靠度。
[0107]
表1给出了在不同控制方案下，大跨长联连续梁桥结构对应各个失效阈值指标的可靠度。各控制方案下连续梁桥结构抗震可靠度曲线如图10所示。
[0108]
表1：不同控制方案及不同失效阈值下连续梁桥结构抗震可靠度
[0109][0110]
结合表1和图10可知，随着失效阈值指标的降低，连续梁桥结构的抗震可靠度以阶梯的形式向下降低，呈现出较大的差异性。对比三种工况下不同失效阈值的连续梁桥结构抗震可靠度数据。可以看出在采取容错控制方案时，失效阈值设置为0.08m和0.07m时，考虑容错的半主动控制方案均能保持100％的动力可靠度。说明在遭遇超过连续梁桥结构本身设防烈度的地震作用下，采用考虑容错的半主动控制方案仍能使桥梁保持安全运行。在同一失效阈值指标下，考虑容错的半主动控制方案的动力可靠度最高，作动器发生故障而未采取相应措施的控制方案次之，无控状态下的动力可靠度最低。
[0111]
图11为三种工况下随着选取失效阈值的降低，连续梁桥结构动力可靠度的变化趋势。由图可见，在失效阈值逐渐降低的情况下，三种工况下连续梁桥的动力可靠度均呈现加速下降的趋势。这是因为在地震作用下，桥梁墩顶出现较大位移甚至超过容许最大位移的时间在整个地震历程中仍占少数，失效阈值设置得越小，整个地震历程中桥梁墩顶位移超过失效阈值的可能性便越大，于是动力可靠度随着设置失效阈值的减小而加速下降。三种工况的动力可靠度仍以无控状态的下降趋势最明显，考虑容错的半主动控制方案下降趋势最缓慢。在作动器故障而没有采取相应措施的情况下，结构的动力可靠度始终低于容错控制方案。通过对三种工况下连续梁桥结构的抗震可靠度进行分析，说明考虑容错的半主动控制方案可以有效地实现对连续梁桥的控制，在部分作动器发生故障后仍能达到预期的控制效果。
[0112]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。