本文由Jun Zou、Jinyu Lu、Na Li、Haichen Zhang、Zhicheng Sha和Zhiyin Xu共同撰写，分别来自中国东南大学土木工程学院和南京林业大学土木工程学院。该研究于2025年发表在《Journal of Constructional Steel Research》期刊上，题为“Control accuracy and sensitivity of a double rhombic-strut adaptive beam string structure”。

学术背景

该研究属于结构工程领域，特别是自适应结构（adaptive structures）的研究。传统的自适应梁弦结构（Adaptive Beam String Structures, ABSS）在控制精度和灵敏度方面存在显著挑战，难以满足不同工作状态下的控制需求，限制了其对外部环境的适应性。为了解决这一问题，研究者提出了一种双菱形主动支撑自适应梁弦结构（Double Rhombic Active Strut Adaptive Beam String Structure, DRSABSS）。该结构通过引入双菱形主动支撑，旨在提高结构的控制精度和灵敏度，并实现不同控制模式之间的灵活切换。

研究流程

研究分为多个步骤，详细流程如下：

1. 双菱形主动支撑的设计与几何变形模型建立
   研究者首先建立了双菱形主动支撑的几何变形模型，并推导了其设计公式。通过分析单菱形主动支撑的变形机制，研究者发现初始角度是决定其控制功能的关键因素。当初始角度大于90°时，菱形支撑可以提高结构的控制灵敏度；当初始角度小于90°时，则有助于提高控制精度。基于此，研究者提出了双菱形主动支撑的设计公式，并通过实验验证了其准确性。

2. 实验与数值模拟
   研究者设计了一个缩尺模型，并在不同荷载工况下进行了实验和数值模拟。实验模型包括监测系统、计算系统和控制系统，能够实现结构的闭环控制。通过施加外部荷载，研究者测量了结构的响应，并通过遗传算法（Genetic Algorithm, GA）提出了基于控制精度和灵敏度的最小位移控制策略。

3. 控制策略的优化
   研究者采用遗传算法对控制策略进行了优化。通过建立DRSABSS的有限元模型，研究者分析了结构的静力学性能，并将结构响应数据输入遗传算法进行优化计算。最终，研究者得到了最优控制策略，并验证了其在不同工作状态下的有效性。

4. 实验结果与数值模拟的对比
   研究者对比了实验和数值模拟的结果，发现两者具有良好的一致性。实验结果表明，双菱形主动支撑能够显著提高结构的控制精度和灵敏度，且在不同荷载工况下均表现出优异的控制效果。

主要结果

1. 双菱形主动支撑的设计公式验证
   实验结果表明，双菱形主动支撑的设计公式能够准确计算其垂直变形，最大误差仅为1.21%。这为后续在主动控制领域应用该结构奠定了基础。

2. 控制策略的有效性
   实验和数值模拟结果表明，采用双菱形主动支撑的控制策略能够显著减少结构的垂直位移和应力。与传统的垂直主动支撑相比，双菱形主动支撑在控制精度和灵敏度方面均表现出显著优势。

3. 实验与数值模拟的一致性
   实验和数值模拟的结果具有良好的一致性，最大位移误差率为5.39%，最大应力误差率为13.94%。这验证了DRSABSS控制模型的高精度。

结论

该研究提出了一种创新的双菱形主动支撑自适应梁弦结构（DRSABSS），并通过实验和数值模拟验证了其在提高结构控制精度和灵敏度方面的有效性。研究的主要结论包括： 1. 双菱形主动支撑能够有效提高结构的控制精度和灵敏度，并实现不同控制模式之间的灵活切换。 2. 双菱形主动支撑的设计公式能够准确评估其变形，初始角度是决定其控制功能的关键因素。 3. 基于遗传算法的控制策略能够显著减少结构的垂直变形和应力，且双菱形主动支撑在控制精度和灵敏度方面均优于传统主动支撑。

研究亮点

1. 创新性：该研究首次提出了双菱形主动支撑自适应梁弦结构，通过菱形放大机制（rhombic amplification mechanism）实现了控制精度和灵敏度的双重提升。
2. 实验与数值模拟的结合：研究通过实验和数值模拟相结合的方式，验证了双菱形主动支撑的有效性，确保了研究结果的可靠性。
3. 控制策略的优化：研究者采用遗传算法对控制策略进行了优化，显著提高了结构的控制性能。

其他有价值的内容

研究者还指出，双菱形主动支撑在实际工程中的应用潜力巨大，特别是在桥梁和高层建筑等关键结构中，能够有效提高结构的稳定性和安全性。此外，研究者还提出了未来研究的方向，包括DRSABSS的平面外稳定性分析和实时控制策略的优化。

该研究为自适应结构的设计和控制提供了新的思路和方法，具有重要的科学价值和应用前景。