杭州杭氧化医工程有限公司 浙江 杭州 310014
摘要：土木工程通过增强结构的强度及变形能力提高减震性能，增强土木工程的抗震性。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。本文主要分析了土木工程结构减震控制技术，希望对以后有关项目的研究提供借鉴。
关键词：土木工程；结构减震；控制方法
随着土木工程建筑高度的持续增加和轻质材料的普遍运用，大大的降低了建筑物的刚度，很难抵抗突如其来的地震灾害。结构减震控制技术是一门科学性与技术性非常强的运用科学，在结构设计中运用减震控制技术，可以非常好地减小地震反应然后使抗震等级降低，同时建筑物的总造价增大不多。减震控制方法关键是应用隔震、耗能、施加外力和调整结构动力特点这些方法来使结构地震反应消减，然后能够确保结构其自身的安全。
1结构减震控制概述
结构减震控制是通过增加某些结构部位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。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，主动或液压质量振动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。由地震反应谱我们了解到，随着周期的不断加大，其加速度的反应谱就会逐渐的缩小，一般低层建筑的刚度是较大的，所以其周期是比较短的，在地震的时候其中的加速度是相对比较大的，所以假如我们采取一个相应的措施加大了其延长结构基本的自振周期，使其远离场地的卓越周期，使得结构的基频始终处于一个地震能量高的频段以外，就可以有效地降低其建筑物的输入加速度。
2土木工程结构减震的控制方法
2.1被动控制
被动控制主要是进行基础隔震和耗能减震，基础隔震是在上部结构和基础之间设置水平柔性层，延长结构侧向振动的基本周期，从而减小水平地震地面运动对上部结构的作用。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。目前，被广泛采用的被动控制装置有：
（1）基础隔震。基础隔振是在上部结构与基础之间设置某种隔振消能装置，以减小地震能量向上部的传输，从而达到减小上部结构振动的目的。具体来看，即是在建筑结构的底部、基础顶面之间，构建起一个隔震控制体系，将上部结构、基础加以分离，以一般的建筑物的圈梁地基抗震原理就可以理解这个控制体系的作用与原理；根据工程实践经验可以了解到，较为常用的有橡胶支座，这种设置是通过橡胶片、薄片增强钢板粘硫化加工形成，其特征表现在水平向度、垂直向度方面，一低一高能够有效的将地震引发的作用力承载，并传感到墩台，弹性好、适应性强，剪切变形功能可有效的满足上部构造水平位移。（2）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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。（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。常用的调谐减振系统有：调谐质量阻尼器（TMD）、调谐液体阻尼器（TLD）、液压质量振动控制系统（HMS）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
结构主动控制是利用外部能源，在结构受激励振动过程中，对结构施加控制力或改变结构的动力特性，从而迅速地减小结构的振动反应。主动控制系统主要包括传感器、控制器和作动器3个组成部分。主动控制技术又依据检验结构响应与外部刺激划分为开环控制体系、闭环控制体系和开―闭环控制体系。结构主动控制算法仍是以现代控制理论中的算法为依据，一些算法根据土木工程结构自身特点作出特殊的处理。目前运用的主动控制算法主要有经典线性最优控制法、瞬时最优控制法、随机最优控制法、极点配置法、独立模态空间控制法、界限状态控制法、自适应控制法、预测控制法、滑动模态控制法、模糊控制法、神经网络控制法。
2.3半主动控制
半主动控制是应用少量外部能量或不需要外部能量，通过对控制系统中结构参数的实时调整来抑制结构动力反应。它既有被动控制系统的可靠性又有主动控制系统的强适应性，且造价适中，因而在未来将有广阔的发展前途。半主动控制主要有主动变刚度控制系统和主动变阻尼控制系统。主动变刚度系统是通过主动变刚度控制装置使得受控结构的刚度在每一采样周期内都根据外荷载的频谱特性而在不同刚度值之间进行切换，从而使得受控结构在每一采样周期内都尽可能远离共振状态，达到减振的目的。其中常见的半主动控制系统有变刚度变阻尼系统（AVSD）、可变阻尼系统（AVD）、可变刚度系统（AVS）以及主动调谐参数质量阻尼系统（ATMD）等等。
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。
2.5智能控制
在土木工程结构减震方法中还有一种叫做智能控制算法，这种方法不依赖精确的结构模型，而且具有很强的学习及调整逼近能力。结构智能控制包括采用智能控制算法和智能驱动或智能阻尼装置2类。当结构遇到强烈的地震作用时可能进入非线性，结构构件的承载力和刚度发生退化，实际结构模型修正是结构振动控制的一个突出问题。智能控制算法正是为了解决这一问题而引入的。智能控制方法主要有两种：（1）模糊控制算法。模糊控制主要通过状态输出和控制输入的模糊逻辑关系，即模糊控制规则来实现系统的调节或控制。（2）神经网络控制算法。人工神经网络具有很强的非线性逼近、自学习和自适应、数据融合以及并行分布处理等能力，在多变量、强非线性系统的辨识、建模和控制中有明显的优势和应用前景。另一类结构智能控制是指采用诸如磁（电）流变液体、压电材料、磁（电）致伸缩材料和形状记忆合金等智能驱动器的主动控制或智能阻尼器的半主动控制。
3结语
随着土木工程建筑高度的持续增加与大量应用的轻质高强材料，高层建筑的刚度越来越低，对地震也愈来愈敏感。传统的单纯通过增加构造刚度的抗震技术显然已经不再适应要求，取而代之的是结构减震控制方法。在土木工程结构设计当中运用减震控制措施，可以比较好地降低地震反应，因此，增加对建筑结构中的抗震结构的研究与探析，做好防震措施，保障建筑施工的有效性，从而为建筑质量与预防地震提供重要保障。
参考文献
[1]王海建.土木工程结构减震方法分析[J].门窗，2013，08：378.
[2]邱晓平.土木工程结构的抗震设计探讨[J].林业科技情报，2013（3）.
[3]王卫勇.浅议结构减震在建筑中的应用[J].山西建筑，2012（19）.
[4]熊仲明，韦俊，权吉柱等.古建筑殿堂型结构耗能减震性能的有限元分析研究[J].振动与冲击，2015（12）.
[5]吴从晓，周云，邓雪松等.高位转换粘滞阻尼减震结构阻尼器合理阻尼系数研究[J].振动与冲击，2014（3）.
[6]涂勇.土木工程结构振动控制研究方法综述[J].工程建设与设计.2011
[7]周可哥.工程结构振动控制研究综述[J].安徽建筑.2010（02）
论文作者:张远林
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/18
标签：结构论文; 土木工程论文; 主动论文; 刚度论文; 建筑结构论文; 方法论文; 阻尼论文; 《防护工程》2018年第26期论文;