科创中国

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创新性（重点阐明如何区别于传统技术，专利等知识产权状况） 本项目结合重大工程—600m高广州塔的振动控制，取得以下方面创造性、先进性的研究成果： （1)提出了一种新型的直线电机驱动的两级主被动复合调谐减振控制系统。该系统是在传统TMD 控制系统的基础上做如下创新：（1）在被动TMD上设置主动AMD 控制系统，提高控制效果并改善TMD控制系统的频率敏感性缺陷。（2）在TMD系统中采用两级变阻尼装置，可减小强台风作用下调谐质量块的行程，改善控制装置的安全性。（3）引入主动控制与变阻尼控制，可确保控制系统在有限的行程下实现较好的减振效果。 （2)研发了具有完全自主知识产权的两级主被动复合调谐整套控制装置并实现国产化。利用消防水箱作为调谐质量，不在主塔结构上附加质量,采用中空串联橡胶隔震支座提供TMD子系统恢复力，在TMD系统中采用两级变阻尼黏滞阻尼器，主动驱动装置为直线电机，整套控制装置具有完整的自主知识产权，且已全部国产化，与国外同类装置相比更具技术经济性优势。 （3)建立复合调谐控制装置的力学分析模型，填补国内外空白。完成了两级主被动复合调谐减振控制装置的设计与制作，并对模型各子系统的关键元件进行了性能试验，对直驱式AMD直线电机进行了系统的开环控制试验，建立了两级主被动复合调谐减振控制装置的力学分析模型，填补了空白。 （4）国内首次研发适用于原型结构的高效并经过验证的结构振动实时控制软件。提出三种控制算法，并研发了两级主被动复合调谐减振控制系统的实时控制软件。提出了适用于重大工程结构主动控制的模型降维算法，并进行了主被动复合调谐质量阻尼器控制系统实时控制软件与控制装置之间通讯策略研究，设计了具有毫秒级采集速率的振动控制数据采集系统。基于VC++编写了主被动复合调谐控制系统实时控制软件，并应用于实际重大工程——广州塔的减振控制。实测结果表明，该控制系统可将结构的附加阻尼比增大6.5倍，控制效果明显。 （5)首次成功实施两级复合控制系统并经历台风验证。建立了根据实测结构响应进行控制系统模型修正的方法。提出了两级主被动复合调谐控制策略，在广州塔上成功实施了首例两级复合控制系统的实时控制,该塔目前为世界上最高的采用结构减振控制技术的结构。整套控制系统经受了多次强台风的考验，在2012年强台风“韦森特”台风作用下，由于采用了两级主被动复合调谐控制系统，广州塔主塔顶加速度响应均方差减小30.6%，验证了整套控制系统的有效性与可靠性。 （6)首次在高塔桅杆中采用内置式悬吊MTMD控制装置。提出了内置式悬吊MTMD控制装置，并提出了一整套在桅杆结构中设置MTMD的优化策略，同时对桅杆结构上设置TMD的数量和位置进行了优化。以广州塔为工程应用背景，在450m高主塔结构上的桅杆结构中设置内置式悬吊MTMD减振装置，可保证天线信号接收和发射功能及满足管线布设要求。现场实测表明减振效果明显。 独占性（重点阐明技术上是否难以获取或复制） 目前提出的高耸、超高层建筑结构主被动复合调谐控制技术具有市场的唯一性，其比较难以复制，特别是其硬件系统从设计、加工更为复杂。该技术为新型交叉学科，融合了结构工程、机械工程、控制控制、电子信息工程等多个学科，专业性较强。 盈利性（重点阐明是否带来成本下降或性能提高） 随着我国社会经济的快速发展，作为支柱产业之一的建筑业仍将长期活跃。同时，我国的城市化进程面临人多地少、土地资源稀缺等严重矛盾，兴建高层、超高层建筑是解决这一矛盾的合理必然途径，另外作为城市的标志、城市经济实力的象征高塔结构建设层出不穷。我国作为地震等灾害多发国家，以及经济发达的城市又基本分布在沿海，经常遭受台风袭击，高层、超高层、高耸结构的抗震、抗风问题必须始终重视。2010年已完成修订的最新《高层建筑结构设计规范》进一步拓展和提高了高层结构舒适性的要求与标准，超百米高度的高层建筑均须满足风载作用下的舒适度设计，而常规的抗风设计难以满足设计要求，或设计较不经济。因而存在对此技术的刚性需求。对此，结构主被动复合调谐控制技术的推出可谓正逢其时。 据统计，近年内我国超过300m的拟建建筑物估计就有30栋以上，对这些超高层建筑在大地震作用下的安全性以及强风作用下安全性和舒适性，进行常规的抗震或抗风设计难以满足设计要求，或设计较不经济，采用结构主被动复合调谐控制技术可以有效降低结构在强震或强风作用下的动力响应，提供结构的安全性和舒适度，并降低工程造价，而且目前该主被动复合控制技术在国内具有唯一性以及在国际上的稀缺性。对此，近五年内该技术预计能占有国内市场100%的份额。 持续性（重点阐明技术储备和持续创新能力） 随着结构主被动复合调谐控制技术在广州塔的成功应用与推广，以及对主被动复合调谐控制技术研究与应用趋于成熟，项目组将成为结构主动及半主动等技术领域的标准制订者，从而获得不可动摇的市场竞争优势地位，同时带动和形成一系列与硬件及软件相关的售后服务、升级拓展、应用培训等下游产业。