摘要：结构的振动控制是一个应用领域相当广泛的问题，不仅产生振动的根源的种类繁多，而且消除和降低振动的方法也很多，所谓的结构振动控制是指通过某种方法使结构的动力响应控制在工程所容许的范围内，不至对结构和设备造成损害，对人造成不适。
关键词：结构振动；控制技术；原理；应用
1被动控制
所谓的被动控制，它是指的一种无需借助任何外来能源，只要在结构的某部位添加一个子系统，或者是通过对于结构之中的某些构件的结构体系进行适当的处理，从而使得整个结构体系的动力特性发生改变。如果采用被动控制的方式，其主要的优势就在于构造较为简单，而且其造价也相对低廉，在使用的过程中，保养和维护都十分的容易，应用该方式不需要其它的能源支持，所以在实际的建筑工程中这种方式已经开始得到运用。被动控制又可以分成隔震、吸振和耗能三种控制形式。
1.1基础隔震
所谓的基础隔震，就是指的通在上部结构和基础之间设置专门的隔震消能装置，使得地震能量在向上传输的过程中能够被吸收，有效地减轻上部结构的振动。基础隔震能够降低结构的振动频率，但只能对高频地震波产生效果，因此不适用于高层建筑，主要被应用在短周期的中低层建筑与刚性结构上。
1.2吸振隔震
而吸收隔震则是指的在主体结构之上附加一个吸振器子系统，通过这个子系统来对于振动的能量进行吸收，从而有效地减少主结构的振动。就吸振器而言，它自身也是一个小型的振动系统，其主要是由质量系和弹簧系所构成的，其质量系能够产生惯性力，而这一惯性力可以作为控制力，然后再利用弹簧系使得这一个控制力作用到主结构之上。一般情况下，吸振器都是配合粘滞阻尼器共同进行使用的。其中，被动协调质量阻尼器（TMD）、摆式质量阻尼器等是质量系为固体的阻尼器，其中的TMD已经被广泛应用在高层建筑和桥梁上。而摆式质量阻尼器则主要是用来对于高层建筑的振动加以控制，一般摆式质量阻尼器可以分为摆锤式、环状式以及倒置式集中类型。当然，除了固体质量系的阻尼器之外，液体质量系的阻尼器也非常常见，比如说调谐液体阻尼器（TLD）、液压阻尼系统（HDS）、油阻尼器、质量泵等。
1.3耗能隔震
所谓的耗能隔震，就是指的通过对于各种阻尼元件以及吸能部件的应用来产生阻尼力、塑性变形或者是摩擦力，以此减弱由于外界干扰而产生的振动效应。耗能隔震方式效能能量的能力较强，而且其具有低周疲劳性的特征，所以当前也得到了非常广泛的应用。如果将耗能装置安装在建筑结构上，可以使得结构的刚度以及阻尼发生变化，从而实现隔震的目的。目前普及的耗能器主要分成两种，一种是关系到速度的粘弹型阻尼器，一般来说，这种类型的阻尼器往往在结构非常复杂的时候可以取得较好的隔震效果，另一种就是和金属以及摩擦相关的滞变型阻尼器。
2主动控制
现有的结构主动控制的类型比较多，而且还在不断的发展，现以最典型的主动控制的形式－主动调谐质量阻尼器AMD和主动拉索系统ATS为例，介绍主动调谐质量阻尼器的系统组成和减振机理。主动调谐质量阻尼器一般安装在建筑物的顶层，当安装有主动调谐质量阻尼器的结构受到地震荷载或强风荷载时，结构产生相应的动力响应，AMD的传感器实时监测到结构的反应（位移、速度或加速度），并根据卡提闭环控制理论，计算机将接受传感器的信息并通过计算得到实时的控制力，接着AMD系统的驱动器驱动质量块，使质量块产生运动，质量块的惯性力大小等于控制系统对结构施加的控制力，质量块的惯性力的方向与结构运动的方向相反，质量块通过弹簧、阻尼器以及驱动器作用在结构上，从而衰减和控制结构在地震荷载作用下的动力响应，与无控制结构相比，AMD可以减少地震反应的50%～80%，效果相当显著。主动控制技术在使用的过程中，需要外部能源的输入，并且要保证在受到动力荷载时，外部能源不能断掉。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆主动拉索系统ATS的工作原理与主动调谐质量阻尼器AMD的工作原理类似，都是通过计算机将实时监测到的结构反应，计算得到实际的控制力，然后驱动器将控制力通过主动拉索作用到结构上，从而降低结构的动力响应。主动控制最典型的工程项目有日本的岸住田大楼、京桥濑窿大厦等，这两个建筑都经受住了地震的考验，主动控制技术大大降低的结构的动力响应。
3半主动控制
半主动控制一般分为变刚度控制和变阻尼控制两种。日本学者Kobori等首次提出用主动变刚度的方式来控制结构的振动，其原理是通过探测并预测地震的特性，进而根据地震的特性改变和控制结构的刚度，使结构的自振周期避开地震动的卓越周期，并从全局上施加控制力，从而有效地达到降低结构动力反应的目的。变阻尼控制是通过可调节的附加阻尼来减小结构的动力响应，从而达到减振目的。日本鹿岛公司建造的东京鹿岛技术研究所大楼是第一栋采用主动变刚度控制系统的建筑，该建筑经受了加速度峰值为0.25g的强震考验，运行正常，减振控制效果明显。同时日本鹿岛公司开发的主动变阻尼系统，应用于某高度107m，共二十六层的钢结构房屋，减振效果显著。
4结构振动控制技术发展趋势
4.1控制器设计建模与模型的简化
由于结构系统的维数较高，控制器结构复杂以及某些参数的不确定性，为了能够更加准确、清晰地表示结构在荷载作用下作出的动力响应，建模和模型的简化是有着非常重要的具体意义的。比较常见的建模方式有根据牛顿力学原理建立的数学模型和采用系统辨识算法辨识出系统模型。但是在实际建模过程中，我们通常要对模型进行一些简化，应该考虑结构的主要影响因素而忽略掉它的某些次要因素，比如不考虑模型的高阶效应的影响、对模型进行降阶处理、非线性环节线性化等。通过模型的简化得到一个适合控制系统设计使用的数学模型，但这种简化的模型和实际的系统是存在比较大的差异性的，它只是对实际系统的一种近似的处理，对简单的系统可能非常有效，但对于某些大型而复杂的系统，这种模型的简化可能就不再适用，也可能达不到预期的效果。
4.2结构控制中的非线性控制
结构控制中的非线性控制是近年来研究的重要方向，较为有效的控制策略有模糊逻辑控制和神经网络控制等。但结构的非线性控制在实际操作中却较为复杂，所以至今仅仅涉及运用反馈线性化策略研究系统的输出调节问题，并且都依赖于被控对象的解析模型，这就使得非线性控制的发展受到了极大的限制。但随着诸多学者的研究和不断完善，以后结构的非线性控制一定会得到快速的发展。
4.3结构控制中半主动控制与混合控制的融合
半主动控制和混合控制的融合是今后土木工程结构控制的重要发展方向，它具有半主动控制和混合控制的优点，而且克服了两者的缺点，提高了控制系统的可靠性。为了今后能更好的应用这种方法，我们还需要将这种控制方法不断进行提高和完善，这样才能真正广泛地运用到土木工程结构振动控制中去。结构振动控制在高层建筑和高耸结构都有着较为广泛的发展前景，随着我国高层及超高层建筑的发展，并将给半主动控制和混合控制的融合带来越来越广阔的发展空间。
5结论
结构振动实际上融合了许多的技术于一体，其对于建筑工程有着非常重要的意义，当前在进行工程建设的过程中，必须要根据工程的实际情况设计出适用于实际结构振动控制的控制系统，推动振动控制结束在建筑工程中的应用，具有重要的科学理论和实际应用意义。传统的振动控制方式已不能满足新的要求，广大科学工作者应该要解决振动控制系统现存的问题，让结构振动控制获得更长足的发展。
参考文献：
［1］李浩久，强文博，师小燕．结构振动控制的发展和现状［J］．四川建筑，2016（03）．
［2］许海龙．建筑结构振动控制概述［J］．山西建筑，2016（09）．
论文作者:冉洪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/8
标签：结构论文; 主动论文; 质量论文; 阻尼器论文; 阻尼论文; 系统论文; 模型论文; 《基层建设》2017年第30期论文;