摘要：目前，随着我国综合国力的不断提升，国内的先进技术水平也随之不断提高。土木工程中采用减震技术是为了防范地震自然灾害这一不可抗力因素，技术中也迎合了地震的随机性与突发性特征，希望在一定程度上缓解地震难以准确预测的这一世界性难题。探讨了土木工程减震技术中的主动控制与被动控制以及土木工程结构振动控制的相关问题。
关键词：土木工程；结构减震；控制技术
引言
传统的结构抗震是弹塑性设计方法，采用增强结构本身的抗震性能（强度、刚度、延性）来抵御地震作用，这是被动消极的抗震对策。由于人们对未来地震灾害作用的强度和特性尚不能准确地估计，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土木工程结构中的减震控制技术体系简析
地震是人类需要面临的自然灾害之一。由于其随机性和突发性，地震难以准确预测，往往造成灾难的性后果。传统结构抗震设计方法是依靠增加结构自身的强度、变形能力来抗震的，此时，容许很大的地震能量从地面传递给结构。而抗震设计主要考虑的问题是如何为结构提供抵抗这种地震作用的能力。尽管通过适当选择塑性铰的位置和仔细设计构件的细部构造可以确保结构的整体性和防止倒塌的发生，但结构构件的损伤是不可避免的。而减震控制方法则是采用隔震、耗能、施加外力、调整结构动力特性等方法来消减结构地震反应，从而确保结构本身的安全，与传统结构抗震设计方法相比，具有安全可靠、更加有效、经济节省和适用范围广的优点，是土木工程防灾减灾积极有效的方法和技术。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。
1972年美籍华裔学者姚治平结合现代控制理论，提出土木工程结构控制的概念，其研究和应用已有30多年的历史。结构控制是指在结构某个部位设置一些控制装置，当结构振动时，被动或主动地施加一组控制力或改变结构的动力特性，减小结构振动反应，以满足结构安全性和舒适性的要求。按是否需要外部能量输入，结构减震控制可分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制4类。
2结构减震控制技术在土木工程中的应用
2.1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。
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2.2主动控制在土木工程中的应用
主动控制在土木工程中的应用，主要包括两种类型：开环控制系统、闭环控制系统。对于开环控制系统而言，其是指直接结构以对环境干扰开展检测，结合检测数据分析获取控制率。对于闭环变刚度控制系统而言，其是在结构反应检测基础上有效达成的主动控制。闭环控制有着可靠的抗干扰能力，并且对系统元件精度要求不高，控制成效较为显著，因而得到了广泛推广。然而，即便主动控制研究收获了一定的成果，该项技术依旧不够完备。
2.3半主动控制在土木工程中的应用
半主动控制在土木工程中的应用，主要包括两种类型：主动变阻尼控制系统、主动变刚度控制系统。其中，对于主动变刚度控制系统而言，其经由控制装置使得受控结构的阻尼可于每一采样周期内获取各种阻尼状态之间以展开切换，进一步达到减震的目的。对于主动变阻尼控制系统而言，其经由主动变刚度控制装置，以促使受控结构刚度可于每一采样周期内结合外荷载频谱特性，而于各种刚度值之间展开切换，如此一来，其能够使受控结构于每一采样周期内均可远离共振状态，进一步达到减震的目的。显而易见，半主动控制技术吸收被动控制技术、主动控制技术的优点，可结合结构反应与外界的干扰状态来实现对工程结构的调节。值得一提的是，该项控制技术要求通过电池输出的能量来对控制设施进行操作，如此便可有效弥补主动控制在大地震到来时难以获取能量支持的不足。半主动控制所应用的控制设施不仅经济而且可靠，正是凭借其所具备的一系列优点，使得半主动控制在当前全球范围内的土木工程结构减震控制中得到广泛推广。
3结构减震控制的最新研究及未来发展趋势
几十年来对结构的减震控制的实验研究一直在继续。近年来有为数可观的研究于隔震支座的功能和改进上，研究出不少的可用于隔震系统的新材料新部件，发表了大量的有关隔震系统性能研究的文章，这些研究结果表明，良好设计的结构减震控制可以达到隔震的效果。目前隔震研究的重点和今后的发展在以下几个问题上：1）近场强地震条件下，沿断层破裂方向有一个很强的加速度与位移脉冲。当位移脉冲超出隔震系统的最大允许位移时，结构会与限位装置发生碰撞，对结构产生冲击。这种冲击对结构的安全是有害的；2）结构阻尼的分布影响结构动力特征已经为人们所认识，通过在结构的特定部位设置阻尼器控制结构的动力特性，减弱结构在地震中的动力反应使结构更安全是目前隔震研究中的热点，目前主要集中在新型阻尼器的研究上，如何使阻尼器在小位移下就可以有效地产生所需的阻尼；3）隔震技术的成熟促使人们对目前的设计规范进行进一步的反思，目前的抗震设计规范是建立在已有的地震经验的基础上的。隔震技术的成熟使得不仅可以在震时保护人的安全，也可以保护结构的框架，使其在震后可以直接使用。由于隔震降低了结构内力和作用于结构的加速度、速度与位移，结构无须进行延性设计，因而可以节省建设投资。隔震技术可以改变目前的设计思想，制定相应的设计规范，使人们有更多的设计方案选择。
结语
在目前的土木工程减震技术应用与问题研究方面，人们正在从更加实用化的角度深入研究，例如探讨结构控制中有关建模与模型的讲话过程、结构控制系统的工程应用以及弹塑性非线性问题、包括控制系统的稳定性、可行性、耐久性与经济性特征。在这些技术问题研究指引下，土木工程减震技术也正在从结构控制基础技术向新兴控制技术过渡，实现更多层面的自动化、智能化技术应用结合，为人类建筑领域发展提供更多有价值参考。
参考文献：
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[3]杨洲，陶成良.现代土木工程中结构的减震控制[J].城市建设理论研究：电子版，2017，5（32）：141－142.
论文作者:崔永发
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/17
标签：结构论文; 土木工程论文; 技术论文; 主动论文; 阻尼论文; 刚度论文; 控制系统论文; 《基层建设》2019年第3期论文;