探析建筑结构振动控制技术现状与展望

宋富国

摘要：建筑工程中传统的防震技术的作用效果和安全性能十分有限，如果地震发生，结构无法支持，很有可能破坏严重，甚至带来极为严重的生命财产损失。因此，建筑工程结构振动控制技术的研究发展十分重要。

关键词：工程结构；控制结束；现状；展望

中图分类号：TU352.1 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2016）08-151-01

前言

随着科学技术的不断进步，人类在抵抗各种自然灾害的问题上也取得了一定的进步。然而在伟大的自然面前，人类仍旧渺小，我们需要更加先进的技术和更加完备的设施来抵抗灾害的侵袭，传统的建筑防震技术的作用效果和安全性能十分有限，如果地震发生，结构无法支持，很有可能破坏严重，甚至带来极为严重的生命财产损失。因此，建筑工程结构振动控制技术的研究发展十分重要。

1建筑工程结构的减振工作原理

对于消耗能量的减振结构而言，具体是指土木工程结构的抗侧力装置，在该装置内部安装有效能量消耗零部件，进而实现减振目的。如果土木工程结构遭遇地震并受到能量侵蚀，能量消耗零部件及其装置会产生弹塑性，滞回变形，以此来吸收和消耗因地震所带来的能量，并减小对土木工程结构主体结构的影响程度，进而实现减振和震动控制的目的。由此可知，减振工作原理与传统正好相反，这也是技术领域中的突破性成就。其主要的工程结构振动控制原理。

2结构振动控制技术的研究现状

（1）被动控制是通过改变建筑结构自身一些构件的构造和结构体系的动力学特征，或者在结构的某个部位附加一个子系统，来实现减振的目的一种不需要外部能源的结构控制技术。由于其结构简单、造价低廉、易于维护且无需外部能源支持，目前已成为建筑与结构设计的热点，许多实际工程中也已经广泛应用。被动技术主要包括基础隔振技术和耗能吸能减振技术。

基础隔振是在结构的上部与基部之间设置一种隔振消能装置的控制技术，是被动控制的一种，它主要通过减小地震时向地表传输的能量，来减小结构的振动。基础隔振能明显降低结构的自身振动频率，非常适用于中低层建筑，但由于隔振只对高频率的地震波有效用，所以对高层建筑并不适用。

吸能减振是通过附加子结构，使结构的振动位移，能量重新分配，从而减小结构振动。耗能减振是在结构体的某些部位，如节点和支撑部等设置耗能阻尼机构。继而通过这种机构对结构施加控制力，快速减小结构振动。耗能减振和吸能减振的装置主要有摩擦阻尼器、粘性液体阻器、调谐质量阻尼器、金属屈服阻尼器、质量泵和液压质量控制系统等。

（2）主动控制是一种需要外部能量供给的控制技术。主动控制装置通常由传感器、计算机、驱动设备三部分组成，传感器用来监测外部激励或结构响应，计算机根据选择的控制算法处理监测的信息及计算所需的控制力，驱动设备根据计算机的指令产生需要的控制力。对于控制方式尤其是控制装置而言，现应用于土木工程结构中的主动控制系统有：

a.主动调谐质量阻尼器是将调谐质量阻尼器与电液伺服助动器连接，构成一个有源质量阻尼器，因质量运动所产生的主动控制力和惯性力都能有效地减小结构的振动反应。b.主动拉索控制装置是利用拉索分别连接着伺服机构和结构的适当位置，伺服机构产生的控制力由拉索实施于结构上以减小结构的振动反应。c.挡风板控制装置是通过在建筑物顶部设置可以闭合和张开的挡风板，根据结构反应的变化情况，合理地调节挡风板的受风面积，利用风力本身来控制结构的反应，

（3）混合控制是相对于被动控制和主动控制而言的研究新突破。它将被动控制和主动控制有机结合到同一建筑工程中。使二者协调起来共同工作。将二者结合起来看似简单，实则需要无数次的尝试与磨合。此系统充分融合了被动控制系统与主动控制系统的优点，既可以通过被动控制系统卸掉震动能，又可以利用主动控制系统来增强控制效果，因此有很好的建筑工程应用价值。目前混合控制所用的控制装置已有许多种类，其迅猛发展的势头锐不可当。

（4）结构控制研究中的待解决问题经过多年以来的刻苦研究和辛勤实践。结构的抗震、减振设计研究取得了飞跃性的成就，也受到了更多各领域科研工作者们的关注与重视。然而科学研究不能一蹴而就，科技发展也并非是朝夕之事。在看似成果斐然的土木工程结构振动控制领域取得的成就背后，仍有许多技术不成熟之处，这些问题犹待解决，如从控制器设计角度的建模工程与模型的简化：如何降低能耗和造价，使工程简便且不失可靠性和安全心。

3振动控制技术的展望

近年来建筑工程结构振动控制技术得到了全面迅猛的发展，呈现出一派生机勃勃的发展势头。在今后一段时期内，结构控制技术的发展趋势将是被动控制技术规范化与实用化和加强对半主动控制和混合控制技术的实验研究以及试点工程的研究。尽管在我国目前的建筑建筑工程领域中，结构控制技术基本上还仅仅应用于高层建筑结构设计之中，但随着我国高层建筑特别是超高层建筑的飞速发展，必将给结构振动控制技术带来更为广阔的发展空间。因此，由于建筑工程结构振动控制技术自身所具有极为明显的优势，其未来拥有良好的应用前景是毋须置疑。

4结束语

建筑工程结构振动控制的研究与应用有着十分广阔的广泛的发展与应用前景，它的研究和发展将会给建筑工程结构领域的抗震、抗风等抵抗不可抗力灾害的建筑设计带来一场前所未有的历史性革命。近年来土木工程结构振动控制技术的研究与应用已取得了长足的发展与进步，我们对建筑工程结构振动控制技术未来的成就十分期待。