摘要：世界上的两大地震带即环太平洋地震带和欧亚地震带都经过我国，如今大地震的发生越来越频繁，大地震次数更是陡然升高，接近指数曲线上升。通过增强建筑结构的强度、刚度和延性这样的传统抗震方法来防御地震，已不能满足人们对安全性能的要求。地震具有随机性，传统的抗震方法会使建筑物产生严重的倒塌或破坏，造成大量人员伤亡和重大经济损失。国内外研究表明：结构振动控制可减轻建筑物在强烈地震作用下的反应，有效提高结构的抗震性能。结构的耗能减震技术，能吸收很大一部分地震输入结构中的能量，减小结构的地震反应。结构减震控制和耗能减震技术的研究具有重要的现实意义，下面是对这些技术研究的综述和展望。
关键词：结构振动控制；耗能减震
引言
由阻尼器构成的减震系统，由于阻尼器的阻尼作用，减小地面传给结构的振动能量，振动能量减小即结构的动能减小，从而动力特性与无减震装置时相比发生改变。耗能减震就是将结构的某些部位通过阻尼器进行连接，地震时结构发生相对位移，阻尼器也被拉伸或压缩。阻尼器发生拉伸或压缩时需要吸收很大的能量，力与位移的关系是一个滞回曲线，曲线越饱满阻尼器吸收的能量就越多，传到结构上的能量就越少。耗能减震就是通过阻尼器消耗地震输入能量，减少结构的振动能量，进而减小结构地震反应。
1减震隔震
首先是传统结构隔震技术。传统结构抗震设计理论认为：强地震的全部能量作用于建筑物基础，并由基础传递给上部结构，上部结构应具备足够的刚度、延性和承载能力抵御地震动，从而达到“小震不坏、中震可修和大震不倒”的设防目的，这是目前我国和世界各国普遍采用的方法。隔震系统是一种侧向刚度很小的振动控制装置，其可以延长整个结构的震动周期，使地震所引起的建筑物变形集中到隔震装置上，隔断大部分地震能量的上传，这在很大程度上减少地震时上部结构的加速度和层间位移，从而大大减少上部结构的地震反应。我国最早的隔震结构就是北京中关村强震观测中心楼，基础和上部结构之间铺满砂子进行隔震。大量研究结果表明：采用隔震技术，上部结构的变形类似于刚体的平动，地震反应没有明显放大现象，地震作用仅相当于传统结构所受地震作用的1/4～1/12，确保了建筑物在受到强烈地震作用时不出现大破坏或倒塌。现代传统的隔震技术大致包括：橡胶垫隔震、摩擦滑移隔震、摩擦滚摆式支座隔震、桩顶摇摆隔震和混合隔震等等。其次传统结构消能减震技术在建筑物的抗侧力结构中设置消能部件，通过阻尼器局部变形提供附加阻尼，吸收与消耗地震能量，这样的房屋建筑设计称“消能减震设计”。采用消能减震设计时，输入到建筑物的地震能量一部分被阻尼器所消耗，其余部分则转换为结构的动能和变形能。这样，也可以达到降低结构地震反应的目的。阻尼器有粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器、金属阻尼器、电流变和磁流变阻尼器等。
2建筑结构消能减震的设计方法
2.1能力谱法
建筑结构消能减震的设计方法之一是能力谱法。能力谱法是将地震需求曲线与建筑结构能力谱曲线进行叠加，借此校验建筑结构性能稳定性的方法。该方法的具体操作流程如下。首先，设计人员利用互联网技术对建筑结构设计模型的结构能力谱曲线进行绘制，在该过程中，技术人员需要考虑建筑结构的使用周期，根据周期变化绘制不同周期下建筑结构的能力变化曲线。其次，技术人员在绘制曲线上叠加不同等级的地震作用力，根据建筑结构模型的曲线变化图确定该建筑结构的临界值。最后，技术人员对曲线图进行分析，找到结构出现较大变化的转折点，分析此时各结构的受力情况，根据受力分析结果对建筑结构进行调整，使结构的抗震性能可以得到逐步提高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，在应用能力谱法的同时，可以利用弹塑性谱理论求取目标位移量，借此消除曲线反应阶段的误差。
2.2基于位移法
建筑结构消能减震的设计方法之二是基于位移法。基于位移法是在传统目标位移法的基础上，对建筑结构二次校验，借此实现建筑结构不断改进的方法。不规则建筑结构的强度、刚度和质量都处于不规则状态，增加了设计人员的计算难度，在对该结构进行改进时，设计人员可以在测算结构位移的基础上，测定结构的弹性变化情况，根据计算结果进行结构设计，使建筑结构在预期地震作用下，可以满足目标位移。该方法的具体使用步骤如下。首先，利用目标位移法对建筑结构进行测定，将计算的位移量作为初始位移系数，对结构施加地震作用，统计此时的弹性变化情况。其次，对弹性变化情况进行计算，核算结构弹性变化的极限值，根据临界点测量的数值，确定建筑结构的受力情况。最后，根据结构的目标位移计算此时对应的地震作用，根据地震作用的计算结果，对建筑结构进行调整，使建筑可以满足既定的抗震要求。
3土木工程中结构减震控制技术的应用
3.1半主动控制在土木工程中的应用
土木工程中结构减震控制技术的应用之一是半主动控制在土木工程中的应用。主动变刚度控制系统和主动变阻尼控制系统是半主动控制在土木工程中频繁出现的内容。主动变阻尼控制系统能够实现在所有的采样周期内，把受控结构的刚度和外荷载频谱特性结合起来，也就实现了能在任意刚度值之间切换的目的，从而在每一采样周期内，受控结构都能够避免陷入共振状态，实现了减震的最终目标，完成这个过程需要用到主动变刚度控制系统。相似的，主动变刚度控制系统可以在所有的采样周期内，任意切换获取的阻尼状态，完成减震目标，在这整个过程中，要用到控制装置。很明显，半主动控制技术糅合了主动控制和被动控制的优点，能够根据外界干扰和结构反应的共同反应，去调节工程结构。还需要提到的是，半主动控制技术操作控制设备的能量是来自于电池输出的能量，这就意味着，半主动控制技术避免了主动控制因地震等原因而无法获取能量的缺陷。种种优势的累积，使得可靠、实惠成为半主动控技术制应用控制设备的最大特点，也令半主动控制成为全世界土木工程结构减震控制技术中最常见的部分。
3.2被动控制在土木工程中的应用
土木工程中结构减震控制技术的应用之二是被动控制在土木工程中的应用。要如何判断土木工程中是否利用了被动控制技术？主要是看工程中有没有基础隔震体系、协调减震协调和耗能减震体系的身影。在基础隔震体系中，在上部结构与基础中间安装谨慎选择的隔震消设备，来削弱往上部传送的地震能量，从而减低上部结构的振动。这种在中部拦截的基础隔震体系，对降低结构自振频率有很明显的效果，是短周期的刚性结构和中低层建筑的最佳选择。因为在高频地震波出现时才能起作用，所以该体系对高层建筑作用不大。协调液体阻尼器、液压质量振动控制系统和调谐质量阻尼器是协调减震系统最重要的几个组成部分。比如调谐质量阻尼器，分类上算是小的振动系统，由弹簧、质量块和阻尼器构成。其工作原理：首先，结构体系中的指定部位装入调谐质量阻尼器，用于改变结构的动力性能，如果外界的动力冲击到结构，结构开始出现距离振动，那么，调谐质量阻尼器质量块将产生惯性作用，从而反作用于原结构，达到减震的目的。
结语
结构减震控制和耗能减震技术在建筑结构中得到了广泛应用，解决了传统结构存在的缺陷，提高了结构的安全性能。促进土木行业经济的可持续发展。
参考文献：
[1]周强.不规则混凝土框架结构地震反应及消能减震分析[D].合肥：安徽土木大学，2017.
[2]谭新城.金西大厦结构消能减震设计[J].建设科技，2018，（06）：83－84.
论文作者:彭芙蓉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/13
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