摘要：本文简单介绍了土木工程结构振动控制研究现状，针对土木工程结构振动控制的展望进行了深入的研究分析，结合本次研究，发表了一些自己的建议看法，希望可以对土木工程结构振动控制的发展起到一定的参考和帮助。
关键词：土木工程；结构振动控制；研究现状；展望
地震属于自然灾害，其直接影响和次生危害极具危险性，以往的土木工程结构抗震方法以“抗”为核心，借助构件本身的承载能力以及抗弯变形能力实现对地震能量的消耗，最终起到抵御地震效果，减少地震对结构的影响。振动控制属于现代控制理论的一项重要理念，应用在抗震研究方面，可以取得非常好的应用效果。当前振动控制技术已经逐渐发展成为抵御地震的有效措施，尤其是混合控制以及智能控制，应用在土木工程结构中，能够使土木工程结构振动控制效果得到显著的提升，本文就此进行了研究分析。
1.土木工程结构振动控制研究现状
土木工程结构振动控制主要是指在特定位置采取安装装置、机构、结构或者施加外力等措施，使建筑结构在地震作用下，结构的加速度、位移等动力响应得到有效控制，使结构本身以及人员、设备处于安全、稳定使用环境或者运行状态，当前土木工程结构振动控制主要包含有以下四个方面内容：
1.1 被动控制
被动控制从装置、机构结构改变方面出发实现对工程结构系统动力响应的改变，使能量被隔离、吸收或者消耗，实现减振目的。被动控制不需要借助外部能量，性能可靠、成本低廉、便于施工、更换维修方便，有着非常广泛的应用。被动控制可以分为隔振、耗能减振以及吸能减振三种。第一种：隔振，在建筑物基础与楼板间等位置设置隔振装置，通过隔振装置减少地震能量的损耗，阻断能量传递，降低地震对上部结构的作用力，减少地震对建筑物的影响，一种隔振是基础隔振，隔振装置安装在建筑物基础与上部结构间，实现对基础与房屋结构之间的有效隔离，消耗地震能量，避免有过多的能量传输至上部结构，另一种是间层隔振，在建筑物中间层与楼板间增加隔振装置，实现对地震能量的隔离，减少地震能量传递；第二种：耗能减振，将耗能机构设置在结构节点、支撑等部位，通过耗能机构的摩擦、弯曲弹塑性变形等实现对地震传递至建筑中能量的耗散，减少主体结构在地震方面的反应，避免结构出现有倒塌以及破坏情况，耗能机构实际上为结构提供一定的阻尼，地震时需要克服阻尼做功，大量消耗振动能，实现抗震目的；第三种，吸能减振，这种减振方式是通过附加种子结构，一定程度上转移结构振动，使原结构的振动能量重新分配，实现对结构振动的有效控制，比如说调谐质量阻尼器等。
1.2 主动控制
主动控制需要有额外能量，这也是与被动控制之间最本质的区别。与被动控制方式相比，主动控制更为复杂，需要花费较高成本，但是在抗震要求高或者高层建筑方面，主动控制的控制效果更好。主动控制包含有传感器、控制器、作动器等，传感器主要检测外部激励方面信息，控制器对传感器的传递的信息进行处理，向作动器发出相应的控制指令，作动器产生控制力，由外部能源提供能量将控制力通过辅助子结构传递至受控结构。
主动器在工作时，传感器接受外部激励，将监测信息传输至计算机，计算机根据相应算法计算施加力大小，外部能源驱动器将控制力施加在相应结构。传感器仅进行动力相应信号的测量，该控制系统可以称为闭环控制，传感器仅进行外部激励信号的测量，该控制系统可以称为开环控制，传感器同时测量两种信号，称之为闭-开环控制。
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1.3 智能控制
智能控制利用智能化控制理论，结构受到激励振动时，会主动对结构内部参数进行调节，实现对结构动力特性的改变，降低结构的振动反应。智能控制包含有智能化控制理论以及智能化材料两种不同方式，在智能化控制理论方面，有模糊控制、神经网络控制等，在智能化材料方面，包含有电/磁流变液体、压电材料等。智能材料以功能材料为基础，包含有感知类材料以及驱动类材料两种。
1.4 混合控制
混合控制将被动控制与主动控制两种方式结合在一起，综合被动控制和智能控制两个方面优点，通过被动控制方式先消耗一部分振动能量，之后借助主动控制方式使控制效果得到保证，应用效果非常好。在结构方面同时施加主动控制和被动控制，对其响应进行整体性分析，不仅能够消除单方面被动控制的应用限制，同时还能实现对控制力的有效减少，缩小设备的体积和重量，节约维护费用，整个系统可靠性有显著的提高。混合控制系统主动做器有着控制效果好、能量小等方面特点，属于新的隔振系统，拥有巨大的发展潜力。
2.土木工程结构振动控制的展望
第一，以能量回收为基础进行土木工程结构振动控制，当有振动情况出现时，很难保证有足够的外界能量供给，以往的主动结构控制系统应用受到严重制约和影响，以能量回收为基础的土木工程结构振动控制能够实现对这一问题的有效解决，但是该技术目前在实际应用中存在有能量平衡理论分析和试验验证等方面问题，还需要进一步的开发验证。
第二，提高在地震成因、传播、作用原理方面分析的重视度，明确这些规律特点，提高防灾减灾装置设置的科学合理性。
第三，消除地铁等交通设施在建筑物垂直方向上的影响，尤其在城市建筑方面，研究出更加科学合理的三维隔振装置，在不同外界条件保证建筑物不受三向振动影响。
第四，半主动控制、智能控制以及混合控制，重视这些方面的研究，不断优化和完善相关的理论基础，提高装置以及控制效果可靠性，满足实用化需要。
结束语
结构振动控制研究有着非常好的发展前景，在这方面的研究将会很大程度上促进土木工程结构抗震抗风设计的发展，取得非常好的经济效益以及社会效益。结构振动控制方面的研究包含有非线性、多耦合系统动力学等方面的研究，同时还需要与仿真技术结合在一起。今后的研究方向需要集中在主动控制、智能控制以及混合控制等方面，当前的结构振动控制研究虽然还处于探索阶段，但是已经展现出了非常广阔的发展前景和研究价值。
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论文作者:苏伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/22
标签：结构论文; 土木工程论文; 能量论文; 主动论文; 装置论文; 隔振论文; 传感器论文; 《基层建设》2018年第4期论文;