摘要：随着我国建筑工程的不断发展，建筑种类不断增加，目前，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；应用
引言
传统土木工程中的结构减震主要借助弹塑性设计手段，依托加强结构自身的抗震性能以达到减震的目的，这种方式显然存在一定的被动、消极性特征。结构减震控制作为一门新兴学科，其旨在借助相应的控制手段，缓解及抑制结构在强风、地震等动力荷载下的动力反应，提升结构的动力稳定性，以满足结构的适用性、安全性等要求。由此可见，对土木工程结构减震控制技术开展研究，有着十分重要的现实意义。
1概述
目前，对于地震还不能做出准确的预报，所以地震常常具有突发性和随机性的特征而给人们的生活带来极大的破坏作用，所产生的后果极其严重。所以在土木工程建设施工过程中进行抗震设计是必不可少的一项工作，也是降低地震损失的有效措施。在过去进行结构减震设计时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。举例来说，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。然而这种方法不可避免的会对结构构件产生极大的损伤。因此，在现代的土木工程当中，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。
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。
2.2主动控制方法
与被动控制相对应的就是主动控制，这种控制方法的理论基础是现代控制理论，在这种理论的指导下对结构反应或者环境干扰进行实时跟踪和预测，并且在精确的结构模型基础之上使用和决策的最优控制力。这种控制方法通过作动器来对结构施加控制力，从而减小将会有效的抑制结构的动力反应。主动控制的类型有开环控制和闭环控制两种。对主动控制的研究主要包括两个方面，一是主动控制算法的运用处理，二是主动控制装置的开发与应用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆结构主动控制算法依然是使用现代控制理论之中的算法作为依据，然后根据土木工程结构自身的特点而做出一些特殊的处理。目前，广泛使用的主动控制算法有：经典线性主要有最优控制法、瞬时最优控制法、随机最优控制法、极点配置法、预测控制法、滑动模态控制法、模糊控制法以及神经网络控制法。结构主动控制的研究主要涉及到控制理论、随机振动、结构工程、材料科学、机械工程、计算机科学、振动测量、数据处理以及自动控制技术等等，具备一定的综合性。当前，它的研究主要是使用理论分析以及数据模拟分析作为主要方法。虽然主动控制的研究取得了一定的成就，但是主动控制技术并不完全成熟。从现有研究来看，主动控制技术在可行性上还存在一定的限制因素。主要集中表现在四个方面：1）主动控制系统在地震之中运作的问题。日本是一个地震多发的国家，在抵御地震侵袭的同时也积累了很多独到的经验。他们发现在地震之时，很大一部分主动控制系统因为故障而不能正常运作；2）时滞方面的问题。主动控制系统在工作的时候，因为在信号处理、运算、电液伺服等动作都需要相应的时间，因此产生了时间滞后这个不可避免的问题。目前提出了使用通过补偿的方法来使时滞得到有效的改正；3）能量问题。主动控制系统的运作主要是依靠外部能源的输入，而在地震之中确保能源的相对可靠成为值得思考的关键问题；4）设备维护的问题。通常生命线工程的大跨度桥梁的使用寿命是几十年，有的甚至要达到上百年，与此同时，主动控制系统也要在这段时间之内保持功能的完备。如何确保系统的完善，尤其是作为核心构件的计算机，其使用性能的保障工作成为亟待解决的问题之一。
2.3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。
3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。
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。
参考文献
[1]颜桂云,张建勋,叶建峰.土木工程结构减震控制技术的研究动态[J].福建工程学院学报，2009，7(1):1-8．
[2]朱虹锦,赵建恒.浅谈土木工程结构中减震控制技术的应用方法[J].建筑工程技术与设计，2014，11(20):162-163.
论文作者:叶竹林
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第15期
论文发表时间:2019/9/19
标签：结构论文; 土木工程论文; 主动论文; 控制系统论文; 技术论文; 阻尼论文; 方法论文; 《工程管理前沿》2019年第15期论文;