摘要：在土木工程中结构减震是非常重要的，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。
关键词：土木工程；结构减震；控制技术
引言
削弱工程结构振动反应为目的，把具体的一种外力或者某种控制结构又或者某种种子结构作力和设置在工程结构的指定位置，令结构的动力作用和动力情况发生一定的变化，这种目的和运作方式的技术被称为结构减震技术。这个技术的历史并不长，仅发展了三十年左右，属于一种新的工程设计技术，它的理论来源不仅有结构振动理论、计算机科学，还有控制论和新材料科学等学科内容。从更全面和细致的角度来看，结构减震控制技术主要用来削弱和减轻地震、强风和别的动力影响下建筑结构受到的波及，使其更稳定，对外界影响有更好的抵抗力，从而使建筑结构更安全、舒适和适用。
1结构减震控制的概念、原理和分类
1.1结构减震控制的基本概念
减震就是减小地震作用，结构减震控制主要是通过设置阻尼器或隔震装置等措施，减小结构层与层之间的变形和构件内力的方法。隔震的思路是将结构隔成柔性结构，加大该结构在地震作用下的振动周期，避免与地震的自振周期发生共振，从而减小结构的地震反应。观察结构的地震反应谱，能够发现结构从短周期段推至长周期段，从而减小了地震反应系数。通过增强结构自身抗震性能的传统结构抗震方法，在强烈地震作用下不具有调节功能，结构会发生严重倒塌或破坏，不能满足对安全性能的要求。因此，通过阻尼器提高建筑结构的抗震性能，可有效减轻地震对建筑物的损坏。
1.2结构减震控制的分类
建筑物的结构减震控制根据对结构施加力的方式不同，分为被动控制、主动控制和半主动控制。被动控制系统的构造简单，建筑结构通过安装阻尼器，地震发生时阻尼器消耗地震的输入能量，减小结构的振动，从而使结构的振动受到阻尼器的控制。主动控制系统的构造比较复杂，是对建筑结构施加一定的控制力，地震作用时建筑结构能在一定控制力范围内进行自动调节，对结构起到缓冲的作用。混合控制是前两种控制的组合，兼有两者的优点，性价比最高，在建筑工程中使用最多。
2耗能减震的概念、原理和优点
2.1耗能减震的概念
减震是工程结构抗震的一个新领域，由阻尼器构成的减震系统，由于阻尼器的阻尼作用，减小地面传给结构的振动能量，振动能量减小即结构的动能减小，从而动力特性与无减震装置时相比发生改变。耗能减震就是将结构的某些部位通过阻尼器进行连接，地震时结构发生相对位移，阻尼器也被拉伸或压缩。阻尼器发生拉伸或压缩时需要吸收很大的能量，力与位移的关系是一个滞回曲线，曲线越饱满阻尼器吸收的能量就越多，传到结构上的能量就越少。耗能减震就是通过阻尼器消耗地震输入能量，减少结构的振动能量，进而减小结构地震反应。
2.2耗能减震的原理
耗能减震的实质就是依靠阻尼器提供阻尼，消耗地震输入能量，减小结构振动反应。从能量的角度来看结构的耗能减震，传统抗震中主要依靠结构自身的滞回耗能消耗输入结构的地震能量，同时结构本身会遭受严重损伤。在耗能减震结构体系中，主要依靠阻尼器进行耗能，阻尼器的滞回曲线越饱满，消耗的能量越多，从而使结构承担的能量减小，避免了或延缓建筑结构遭到严重破坏。
2.3耗能减震结构的优点
耗能减震结构与传统结构相比造价高，但是安全性能好，并且阻尼器的构造合理。原来建筑结构采取的抗震措施主要是提高结构自身的强度和刚度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆建筑结构越高，地震作用下发生的侧向位移就越大，结构上安装的阻尼器利用结构之间的相对位移消耗的能量就越大，减震效果越明显。耗能减震结构既能保护建筑物的使用功能，又能保护人身安全，具有非常高的使用价值。
3结构减震控制技术在土木工程中的应用
3.1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。
3.2主动控制在土木工程中的应用
主动控制在土木工程中的应用，主要包括两种类型：开环控制系统、闭环控制系统。对于开环控制系统而言，其是指直接结构以对环境干扰开展检测，结合检测数据分析获取控制率。对于闭环变刚度控制系统而言，其是在结构反应检测基础上有效达成的主动控制。闭环控制有着可靠的抗干扰能力，并且对系统元件精度要求不高，控制成效较为显著，因而得到了广泛推广。然而，即便主动控制研究收获了一定的成果，该项技术依旧不够完备。
3.3半主动控制在土木工程中的应用
主动变刚度控制系统和主动变阻尼控制系统是半主动控制在土木工程中频繁出现的内容。主动变阻尼控制系统能够实现在所有的采样周期内，把受控结构的刚度和外荷载频谱特性结合起来，也就实现了能在任意刚度值之间切换的目的，从而在每一采样周期内，受控结构都能够避免陷入共振状态，实现了减震的最终目标，完成这个过程需要用到主动变刚度控制系统。相似的，主动变刚度控制系统可以在所有的采样周期内，任意切换获取的阻尼状态，完成减震目标，在这整个过程中，要用到控制装置。很明显，半主动控制技术糅合了主动控制和被动控制的优点，能够根据外界干扰和结构反应的共同反应，去调节工程结构。还需要提到的是，半主动控制技术操作控制设备的能量是来自于电池输出的能量，这就意味着，半主动控制技术避免了主动控制因地震等原因而无法获取能量的缺陷。种种优势的累积，使得可靠、实惠成为半主动控技术制应用控制设备的最大特点，也令半主动控制成为全世界土木工程结构减震控制技术中最常见的部分。
结语
现阶段，结构减震技术的理论研究和应用推广在很多国家都有。作为一门技术门槛和科学门槛都不低的应用科学，结构减震技术的应用为各类建筑的抗震做出了巨大的贡献，使建筑物的适用性和安全性都大幅度提高。我国应重视结构减震技术的发展，把握住未来抗震技术的发展方向，进行更加深入的研究，推动其发展，从而推动土木工程建筑的发展。
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论文作者:钱凌琦
论文发表刊物:《房地产世界》2019年11期
论文发表时间:2019/11/5
标签：结构论文; 土木工程论文; 主动论文; 技术论文; 能量论文; 阻尼器论文; 阻尼论文; 《房地产世界》2019年11期论文;