1、试探土木工程结构减震控制技术摘要:随着我国现代化建设的不断发展，各种各样的建设项目如雨后春笋般的拔地而起。面对地震这一人类无法逃避的自然灾害，我们唯一能做的就是提高建筑物的抗震能力。文章将就土木工程结构减震控制技术作简要的分析，希望对今后相关工程的研究提供借鉴。 关键词:土木工程:结构减震；原理；控制方法 中图分类号：S969.1 文献标识码：A 地震灾害是人类面临的重要自然灾害之一,它的发生具有突发性、随机性，而且会对人民的生命财产安全产生了巨大的威胁。如何减少地震对人们的危害，是我们一直探索的。建筑作为人民生活的场所，更值得我们区深入探究如何加强其抗震性。结构减震控制是通过增加某些结构部位
2、的强度和变形能力提高建筑结构的抗震性能，是土木工程中有效的防灾减灾方法。 1 结构减震控制原理 结构减震控制指的是在建筑结构的某个特定部位设置某种控制装置、机构或种子结构，当结构出现振动的时候，主动或被动的施加外力来改变或调整结构的动力作用或动力特性，从而有效降低结构的振动反应，其最终目的就是通过采取一系列控制措施和方法，降低建筑结构在地震等强动力荷载下的反应，增强建筑结构的稳定性能，为建筑结构的安全性提供保障。要减小结构的地震响应，需要从动力学角度出发，第一，考虑消震，即不让地震输入结构，从目前现状来看，这种方法较难实现；第二，考虑减小建筑结构的惯性力，通过动力学原理发现，如果结构有着比较大
3、的自振周期，那么它获得的加速度就会相应减小，可通过隔震方法减小结构惯性力；第三，通过在结构上增加阻尼的方法，将一些地震作用转移到阻尼上，降低结构所需负担的地震作用；第四，人为增加构件，用这些构件的塑性变形消耗一部分能量，保护结构的整体性；第五，可考虑在建筑结构上附加一个当自身频率合适时能够使附加质量块的运动方向与结构运动方向相反的系统，从而减小结构震动，达到结构减震的目的。 总之结构减震控制根据是否需要外部能量输入可分为被动控制、主动控制、半主动控制、智能控制和混合控制。其中，被动控制指在结构的某些部件附加耗能装置或子结构系统，或对结构自身的某些构件作构造上的处理以改变结构体系的动力特性。被动
4、控制不需要外部能量输入提供控制力，控制过程不依赖于结构反应和外界干扰信息。而且因其具有构造简单、造价低、易于维护及无需外部能源支持等诸多优点，所以引起工程界的广泛关注，成为应用开发的热点，因而许多被动技术日趋成熟，并在实际工程中应用。 耗能减震是最常用的被动控制系统之一。耗能装置 ( 元件) 和支撑构件共同构成耗能部件，装有耗能部件的结构称为耗能减震结构。结构耗能减震技术是在结构物的某些部件 ( 如支撑、剪力墙、结点、联结缝或连接件、楼层空间、相邻建筑间、主附结构间等) 设置耗能装置或原件，通过耗能装置产生摩擦，弯曲弹塑性滞回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，减少主体结构的地震反应。 2
5、土木工程结构减震方法 2.1 被动控制 被动控制是通过减震、隔震装置来对振动能量进行消耗，并阻止振动在建筑结构中进行传播，构造简单，造价成本低，维护简便，且不需要外部能源支持，在土木工程结构减震中的应用越来越广泛。 (1)耗能减震 耗能减震是将结构中的一些构件比如支撑、支撑等设计成耗能部件，或者在建筑结构的某些部位比如连接处、节点处设置阻尼器，耗能部件和阻尼器在荷载作用较小的情况下处于弹性状态，在强烈的荷载作用或振动作用下，耗能部件就会进入非弹性状态，能够大量消耗输入结构的能量，避免荷载或振动作用进入主体结构造成结构进入非弹性状态，为主体结构的安全提供了可靠保障。由于耗能装置不同，耗能减震也可
6、分为不同的体系，一种为耗能构件减震体系，常用的耗能元件有耗能支撑、耗能剪力墙等，另一种为阻尼器耗能减震体系，常用的阻尼器有金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞性阻尼器等。耗能减震具有性能稳定、适用范围广、抗震性好、经济实用、可靠性高、技术条件简单等优点，比较适用于高层建筑和超高层建筑。 (2)基础隔震 基础隔震是在建筑物的上部结构与基础之间设置控制机构，比如设置隔震消能装置，从而减小或者隔离地震能量向建筑物上部结构传输，使上部结构的振动减小，避免地震给建筑物带来危害。基础隔震装置必须具备一定的特性才能够满足结构减震需要，因此，装置必须具有较大的变形能力，必须能够提供较大的阻尼并具有较
7、大的耗能，必须具有足够的初始刚度和强度。比较常见的基础隔震装置有刚滞变阻尼器隔震装置、夹层橡胶垫隔震装置、摩擦隔震装置等。基础隔震对降低结构的自振频率具有非常显著的作用，是发展最早的结构减震方法，其在技术上比较成熟，具有构造简单、性能稳定、耐久性高、经济、减震效果显著的优点，比较适用于刚性结构和中低层建筑。 (3)调谐减震 调谐减震主要是通过在建筑主体结构中附加一些子结构的方法，使主体结构在强震作用下，振动发生转移，结构中的震动能量就能在原结构与附加结构之间得到重新的分配，大大降低了震动对原结构带来的破坏。常用的调谐减震系统有调谐质量阻尼器、模式质量阻尼器、质量泵、调谐液体阻尼器、液压质量振动
8、控制系统等，这些调谐减震系统能够有效减小地震反应。 2.2 主动控制 主动控制是主要是以现代控制理论为基础，通过外部能源的有效利用以及对结构反应的实时监测，当结构受到激励振动的时候，计算出控制力，对结构施加控制力或者改变结构的动力特性，迅速将结构的振动反应降到最小，从而使结构在受派动过程中仍然能够保持原始状态，避免结构出现致命性损坏。主动控制主要是由传感器、控制器和作动器三个部分组成的，传感器的功能是对结构遇到振动时的反应情况进行测量，控制器则是对传感器所测量到的信息进行处理，作动器可产生控制力，其所需的能量由外部能源提供。主动控制能够很好的应用现代控制理论和最新研究成果。在主动控制中，作动器
9、的控制力可连续变化，所以其有着极广的控制频率，对外界不同激励具有很强的适应性，能够取得很好的控制效果。常用的主动控制系统装置主要有主动质量阻尼器、主动支撑系统、主动拉锁系统等。 2.3 半主动控制 半主动控制是通过少量的外部能源输入提供控制力的，能够通过控制装置实时改变结构的刚度或阻尼等系统的参数，此，半主动控制属于参数控制，控制过程主要依赖于结构反应信息或外干扰信息。半主动控制装置不能同时实现与位移和速度相关的控制力，一般只能够实现与速度有关的控制力。常见的半主动控制系统有主动调谐参数质量阻尼系统、可变阻尼系统、可变刚度系统等，此方法具有装置经济、系统可靠、维护要求较低的优点，己广泛应用于土
10、木工程结构减震中。 2.4 混合控制 混合控制是将主动控制和被动控制联合起来应用，即将主动控制和被动控制同时应用于同一建筑结构减震中，可以将主动控制和被动控制两种方法的优点充分发挥出来，弥补了单一控制方法的制约和不足，只需要小功率的能量输入就能直接提供控制力，控制效果非常明显，调谐范围得以扩大，结构抗震系统的稳定性、实用性和安全性大大提升。 3 结语 总之，结构减震控制是一项系统且复杂的技术，在土木工程中应用结构减震控制能够有效提高建筑结构的抗震性能，减小甚至消除地震反应给建筑带来的危害，具有广阔的发展前景。随着结构减震技术的发展，减震控制系统的造价也在不断降低，土木工程减震结构建筑的经济效益将会越来越凸显，未来，结构减震技术和方法必将成为土木工程重要发展和应用趋势。 参考文献: 1开兴军，李小军，刘萍.土木工程结构减震控制方法综述J工业建筑.2006, 43 (8):59-G3. 2 周福霖工程结构减震控制M 北京: 地震出版社，1997 3 周云，刘季耗能减震技术研究与应用进展J 世界地震 工程，1995 (1) 4 周云，徐彤，俞公华等 耗能减震技术研究及应用的新进展J. 地震工程与工程振动，1999，19 (2)
