浅谈土木工程结构减震控制技术

车娜

摘要：随着我国建筑业的快速发展，土木工程结构减震控制技术也有了很大进步。文章通过阐述结构减震控制技术的内涵特征，对结构减震控制技术在土木工程中的应用进行探讨，旨在为如何促进结构减震控制技术的有序健康发展提供一些思路。

关键词：土木工程;结构减震;控制技术

引言

在传统的土木工程中常常采用结构抗震方法，它利用弹塑性设计来加强结构自身抗震性能，以达到减震效果。当然，这种传统抗震方法是不具备自我调节能力的，它的减震结构设计也无法较好满足工程整体的结构设计与施工策略。所以说，逐渐摒弃传统技术，采用新技术开展土木工程减震技术应用还是很有必要的。

1结构减震控制技术概述

土木工程中的防震体系通常设置于工程结构的底端与基础工程顶部之间，以促使上部结构与基础部分的有效分离。依托隔震体系以对地震波形成的向上冲击力予以隔离，能够使工程结构基本周期得到延长，进一步缓解建筑物的地震反应，促使全面工程加速度向下，依托隔震系统实现对地震所形成的能量的分担，进而达到减震的目的。结合地震反应图谱来看，加速度反应谱与周期呈负相关关系，底层建筑的刚度一般很大，因而周期变短，在发声振动过程中，其获取的加速度很大，通过应用相关手段可以延长工程结构的基本自震周期，使工程结构基频维持在地震引发高能量频段之外，依托这种方式可切实缩减建筑物传输的加速度。

2土木工程减震技术中的土木工程结构振动控制问题

土木工程减震技术中对结构振动的控制效果是基于多重因素展开分析的，例如它的结构特性、环境作用或控制算法等等。就以控制算法为例，它就涵盖了对极点的最优配置、模糊逻辑、二次型线性最优水平或对建筑发生地震后的位移速度与加速度变量观测等等。在这些有关土木工程结构振动控制的技术影响下，人们自始至终都希望建立一套统一模型，基于它的控制性能指标来检验、评价控制系统中所存在的不同环境因素，深入探讨环境因素影响下工程结构本身的适用性及有效性问题，所以与结构振动控制体系的相关问题才会被逐一提出并得到发展。

3結构减震控制技术在土木工程中的应用

3.1被动控制在土木工程中的应用

被动控制在土木工程中的应用主要包括三种类型：基础隔震体系、耗能减震体系以及协调减震系统等。其中，基础隔震体系是选取相关隔震消设备安装于上部结构与基础之间，使地震能量向上部的输入实现降低，进而收获上部结构振动降低的成效。基础隔震土木工程中的应用，可显著缩减结构自振频率，适用于短周期的中低层建筑及刚性结构。因为隔震只可对高频地震波发挥作用，所以该项控制技术不适用于高层建筑。对于耗能减震体系而言，耗能剪力墙、耗能支撑等是较为常用的耗能元件，另外，摩擦阻尼器、金属屈服阻尼器及黏弹性阻尼器等则是较为常用的阻尼器。对于协调减震系统而言，应用相对较多的协调减震系统包括有液压质量振动控制系统、调谐质量阻尼器及协调液体阻尼器等。以调谐质量阻尼器为例，其属于一种小型的振动系统，主要由质量块、阻尼器及弹簧等组成。控制结构振动的机制为：调谐质量阻尼器置入原结构体系后，动力性能会出现转变，等到原结构在动力作用下产生距离振动后，因为调谐质量阻尼器质量块产生惯性作用，进而对原结构产生一个反作用力，如此一来，阻尼同样会产生耗能作用。

3.2主动控制技术体系

主动控制技术体系充分利用到了外部能源，在考量结构受到激励振动的过程中对结构施加控制力一改变它的结构动力特性，以达到快速见效结构振动反应的目的。主动控制结合传感器监测结构与实时控制力以改变输入地震波，在控制振动效果方面要优于被动控制。1989年日本所建成的世界上第一幢采用了AMD系统的11层办公楼京桥成和大厦就主要结合了这种主动控制技术，它对风振与中等地震具有良好的应付能力，其最下方6层都采用了1：4的钢框架模型顶层设置，配合AMD系统实现了对地震的主动控制过程。

3.3半主动控制方法

介于被动控制和主动控制之间，还存在半主动控制方法，这种方法主要是使用少量外部能量或者是不需要外部能量，还可以通过对控制系统之中结构参数的实时调整来控制结构动力的反应。半主动控制方法既有被动控制系统的可靠性，同时又具备主动控制系统的超强适应性，而且造价比较合适，因此在未来的使用上具有相当广阔的发展前途。

半主动控制主要包括两种类型：主动变刚度控制系统和主动变阻尼控制系统。主动变刚度系统主要是通过主动变刚度控制装置来使得受控结构的刚度在每一个采样周期之内依据外荷载的频谱特性而在不同的刚度值之间进行切换，这样则可以使得受控结构在每一采样周期之内都可以远离共振状态，实现减振的目的。上世纪末日本就通过实践证明了半主动控制在中小地震中的突出作用，这种控制显示出了较好的控制效果。主动变阻尼控制系统则是通过控制装置来使受控结构的阻尼可以在每一采样周期之内获得不同的阻尼状态之间来进行切换，从而达到减震的目的。

不难看出，半主动控制方法结合了被动控制结构以及主动控制结构的优点，可以依据结构的反应同外界的干扰状态来控制结构。这种控制需要由电池提供的能量来操作控制设施，这样就能够有效避免主动控制在大地震来临之时无法办得到能量支持的劣势。半自动控制需要的控制设施既经济又可靠，同时对于维护的要求也不高，综合以上有点，半主动控制成为当前世界范围之内广泛被业界所接受的土木工程结构减震的控制方法。

4结语

总而言之，结构减震控制技术在土木工程中还有待进一步推广，相关人员要不断研究、总结经验，提高对结构减震控制技术内涵特征的有效认识，推进结构减震控制技术在土木工程中的科学合理应用，进一步促进结构减震控制技术的有序健康发展。