张金波
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摘要：地震灾害具有突发性、随机性、难预测、危害性大的特点，是人类面临的重要自然灾害之一。随着土木工程建筑高度的不断增加以及轻质材料的广泛应用，建筑物的刚度大大降低，难以抵抗突如其来的地震灾害。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，减小工程结构震动，保护建筑在地震中的安全，是土木工程中有效的防灾减灾方法。
关键词：土木工程；结构减震；控制方法
前言：目前， 被动控制的研究较热， 这其中基础隔震的技术已相对成熟， 主要用于桥梁及以剪切变形为主的刚性结构上。上部结构的耗能减震技术发展也较快。随着研究工作的进展， 相信在该项技术的应用上会有较大进展。结构的主动控制以及以参数控制为标志的第二代结构振动控制――半主动控制和智能控制， 至少目前还很难在我国大量应用。这里既有技术的原因， 也有经济的原因。所以我国目前仍应以研究、推广和应用被动控制技术为主。
1 结构减震控制的概念及分类
应用结构控制系统是解决结构工程安全性问题的一个可替代的方法，从而为结构控制理论在土木工程中的应用指出了光明的前景。结构控制的概念可以简单表述为： 通过对结构施加控制机构， 由控制机构与结构共同承受振动作用， 以调谐和减轻结构的振动反应， 使其在外界干扰作用下的各项反应值被控制在允许范围内。结构减震控制根据是否需要外部能源输入可分为被动控制、主动控制和混合控制。被动控制是指不需要能源输入提供控制力， 控制过程不依赖于结构反应和外界干扰信息的控制方法。文中所讨论的基础隔震、耗能减震等均为被动控制。
2 土木工程结构减震的控制方法
2.1被动控制
被动的控制根本就不需要提供外部的能量，然而就得通过隔震、减震装置来消耗振动的能量，同时还得阻止振动在结构之中的传播，它具有不要外界能源支持、比较容易维护、造价也是相对比较低、构造简单等等的众多优点而被广泛的应用。被动控制主要包括了调谐减震、基础隔震以及耗能减震。
(1)耗能减震
耗能减震技术就是把结构物中的某些构件(如剪力墙、支撑等等)，设计成的耗能部件或是在结构物的某些部位(连接处或是节点)来设置其阻尼器，在小荷载的作用之下，阻尼以及耗能杆件可以处于一个弹性的状态，在强烈地震的作用之下，耗能装置首先进入的是一个非弹性的状态，大量消耗输入到结构之中的能量，这样就可以使得主体的结构避免进入一个明显的非弹性状态，从而就可以保护主体结构不会受到破坏。我们按照其耗能装置的不同，耗能减震体系有可以分为不同的体系，一种是耗能构件减震体系，其中常用的耗能元件有耗能剪力墙(如横缝剪力墙、竖缝剪力墙、周边缝剪力墙、剪力墙等等)以及耗能支撑(比如，方框耗能支撑、圆形耗能支撑以及形偏心耗能支撑等等)，然而另一种则是阻尼器耗能减震体系，其中及包括了摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器以及弹塑性耗能器(软钢耗能器、铅挤压阻尼器以及记忆合金耗能器等)等等。
(2)基础减震
基础隔震是在构筑物或者是建筑物的基底来设置控制机构来隔离地震能量向上部结构的传输，使得结构的振动逐渐的减轻，避免地震给建筑物带来的损坏。所以说，基础隔振装置一定要要具备比较大的变形能力；还得有充分的刚度和初始的强度；可以提供一个比较大的阻尼，使其可以具有比较大的耗能能力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中，目前其中较为常见的隔震装置有夹层橡胶垫隔震装置、滚轴加钢板消能装置、粉粒垫层隔震装置、铅芯滞变阻尼器隔震装置、基底滑移隔震装置、钢滞变阻尼器隔震装置、悬挂基础隔震装置以及摩擦隔震装置等等。基础隔震对降低结构的自振频率具有非常显著的作用，是发展最早的结构减震方法，其在技术上比较成熟，具有构造简单、耐久性高、性能稳定、经济、减震效果显著的优点，比较适用于刚性结构和中低层建筑。
(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。常用的调谐减震系统有调谐质量阻尼器、模式质量阻尼器、质量泵、调谐液体阻尼器、液压质量振动控制系统等，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。传感器测量结构反应或外部激励信息。控制器处理传感器测量的信息，实现所需的控制律，其输出为作动器的指令。作动器产生控制力，所需的能量由外部能源提供，控制力有时通过一个辅助子结构作用到受控结构上。主动控制能够很好的应用现代控制理论和最新研究成果。在主动控制中，作动器的控制力可连续变化，所以其有着极广的控制频率，对外界不同激励具有很强的适应性，能够取得很好的控制效果。常用的主动控制系统装置主要有主动质量阻尼器、主动支撑系统、主动拉锁系统等。
2.3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。
3 结构减震控制的最新研究及未来发展趋势
从土木工程的结构减震的控制技术的发展情况来看，在耗能减震与基础隔震方面的研究是比较多的，且方法和理论是较为成熟的，已经在大部分的实际工程之中来有效地加以应用，今后将向更加实用化以及规范化的方向发展。地震波的频谱特性与被动调谐质量减震装置的减震效果紧密相连，对于不同的地震波表现出来的是一个比较大的离散性，其减震的效果的差别是比较大的。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，现今的抗震设计规范是建立在已经有的地震经验的基础之上的。
结语：
地震作为一种破坏性极大地自然灾害，因为具有随机性以及突发性， 对于地震并没有准确的预报， 通常就造成了灾难的性后果。过去结构抗震设计方法主要是依靠增加结构它自身的强度以及变形能力来增强抗震能力。抗震设计需要考虑的主要问题是怎样给结构提供可以抵抗当前地震作用的能力。可以通过选择合适的塑性铰的位置以及仔细设计构件的细部构造来保证结构的整体性以及制止倒塌的发生， 但是，不可避免的对于结构构件产生损伤。减震控制方法主要是使用隔震、耗能、施加外力以及调整结构动力特性这些方法来消减结构地震反应， 进而可以保证结构其本身的安全。
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]刘勇，尹邦信.结构减震控制技术在土木工程中的应用[J].山西建筑，2006，13:7-8.
论文作者:张金波
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/31
标签：结构论文; 装置论文; 主动论文; 土木工程论文; 方法论文; 控制力论文; 阻尼器论文; 《防护工程》2018年第18期论文;