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摘要：随着社会的发展，现代建筑融入了越来越多的科技，体现出了越来越智能的建造设计，在推进建筑智能化的阶段中，使用智能材料作为建筑材料是智能化的基础物资支持，在实际的建设应用中，智能材料较多地被应用于土木工程结构的振动控制系统中。其具体应用方法就是本文的探讨重心。
关键词：智能材料；土木工程；振动控制
一、智能材料的相关概述
智能材料领域是近年来研究较为成熟的领域，如今，智能材料涵盖了包含了人工合成的上百个类别的材料，在整体分类上主要分为感知材料、传感材料和驱动材料三类，三者的关系就如同传感器的数据接收端、传感线路和最终执行端的关系，其中感知材料又包含了感应物理形变、化学变化、光、热、电、磁、辐射等多种环境变化的材料，而传感材料的主要类别有光导纤维、压电陶瓷、压电高分子材料等，其中光导纤维又是最让人熟知的建筑材料之一。在最终的驱动端口的材料上，主要是能对电信号做出一些响应的材料，比如记忆合金，电致伸缩材料、磁致伸缩材料、电流变体、磁流变体和功能凝胶等，这些驱动材料在电信号的控制下，保证着最终功能的实现。目前，我国在智能材料的研发上取得了一定的成就，但是将智能材料应用到土木工程建设中的经验还较为空白。
二、土木工程中应用智能材料的控制要点分析
控制振动的问题最先是在以精细化著称的行业中需要注意的重点，包括电子电气行业、国防工业、航空航天领域等方面，但是如今随着城市建筑向高层化，精细化的方向发展，关注建筑的振动控制也逐渐成为了建筑中的重要关注点。数据模拟分析显示，在越高越精细的建筑中，振动可能带来更大的破坏，造成开裂甚至倒塌的危险，从而严重威胁到用户居民的生命财产安全，在振动控制的要点控制上，主要考虑从以下三方面着手进行：
做好源头上的振动控制，提升建筑本身的抗振能力
土木工程中受到的振动影响除了固有的轻微地壳震动外，在施工中的机械振动是影响建筑的主要振动源，因此控制机械振动的能量分配，降低机械本身的振动是实现控制振动的最直接的方法。另外在建筑中加入一定的抗振设计，可以有效提升建筑本身的稳定性，如今，我国已经将建筑的抗振能力正式列为了建筑的性能考核指标之一，这里的抗振除了地震之外，还包括抗风振能力指标，这在越高的大楼设计中越为重要。
控制振动传播的路径，在振动源和建筑之间增加减震措施
要完全消除振动，对所有的振动因素加以控制是难以实现的，所以考虑在建筑周边和地下安装隔离板或者减震措施，降低不确定振动源对于建筑的振动干扰，在限制途径上可采用阻尼、隔振和吸振等多种方式对于振动进行传播流程控制，此种抗振设计和主动寻找振动源并加以控制有一定的区别，它采用较为被动的方式进行抗振，这可面向所有的外部振动源，在建筑实现上成本更低，这种控制方式又被称为不完全主动控制，它是当下振动控制的研究热点。
采用智能化设计研发现代振动控制装置
在采用现代智能材料进行建设时，研发对应的可控智能化控制装置，最大限度发挥智能建筑材料的优势，实现对于振动的控制是未来建筑振动控制发展的重要方向。对此，我国已经初步建成了结构振动控制系统，并且该前沿技术在土木工程振动控制的实践中得到了较好的验证，顺着该思路的方向发展，未来的建筑设计将会更多地采用计算机系统进行设计，以实现结构振动控制装置和智能材料的优化配合使用。
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三、当下热门的智能材料的在土木工程结构振动控制中的应用
1、记忆合金
记忆合金是近些年来取得了较好研究进展的智能材料之一，对其机敏结构性质研究让当下记忆合金的自感知自感知、自诊断和自适应功能有了明显的提升。该材料最早应用于航空航天、机器人和精密医疗行业，如今将其应用于土工工程建设行业的主要方向有以下方面：
首先是同样用于以建筑减振装置中以精密著称的核心驱动部分，用以达成提升隔振和降低耗能的目标；然后是利用记忆合金的恢复力，让其进一步加强加固系统，加大其在振动环境中的应用面；最后就是使用记忆合金打造合金混凝土，这可有效提升混凝土在遭受不同方向的外部冲击时的内力重分布能力，从而提升混凝土的整体承载力。
2、压电材料
压电材料的研究历史开始于上世纪60年代，它在实际的应用中多以传感器的方式发挥着作用，它主要被用于多种精密的物理量测量中，比如如应力，应变，位移，加速度等。在最初，压电材料主要作为数据的监测端口使用，但是当下的技术已经实现了让最终的反馈执行端口和数据接收端口的融合，即是可让压电材料既能作为传感器又能作为驱动器，将这样的设备应用到现代建筑工业中，可实现对于关键部位的精密检测，并且压电材料的自诊断修复能力，还能有效同时对建筑的性能进行一定的改善。
3、磁致伸缩材料
磁致伸缩材料是指在磁场环境下会发生一定改变的材料，比如尺寸，体积和形状等，当下开发的磁致伸缩材料主要有纯镍，NiFe，NiCo，FeAl 及FeCo 等材料，和压电陶瓷相比，磁致伸缩材料的形变更大，驱动电压更低，频响性更好而且弹性模量也更大，因此在大能量的驱动器上，往往采用磁致伸缩材料而不是压电材料，这就是磁致伸缩材料的主要应用方向。
使用磁致伸缩材料可制作一些超声器件、回声器件和机械滤波器、压力传感器等，在工程的应用中可使用超声焊机进行焊接，它本身发射的超声波可以快速提升焊接点温度，不仅对于金属，对于一些非金属也能实现焊接，并且其本身的超声波在人类的听觉范围之外，所以具有相对安静的特点，另外还有超声探伤器，这本来是用于冶金机械工业的仪器，但是在现代机械化程度越来越高的建筑行业中，也开始有了超声探伤器的应用市场，另外还有一个较大的应用方向就是已经提到的作为大能量驱动器，这一旦应用成功，将会大大提升土木建筑行业对于磁致伸缩材料的需求。
结语
从整体来看，智能材料在土木工程建筑行业的应用范围依然十分狭窄，更多的还是停留在理论研究阶段。如今，通过对理论方面和市场前景方面的分析已经验证了智能材料的良好应用前景，所以为了加速推动其应用化的进程，需要积极加强对于材料实际应用探索的研究，尤其是在现代高层建筑、大跨度建筑以及海上平台建筑等区域，通过智能材料的应用将会大大提升这些现代化建筑的性能指标。这对于建筑行业的现代化和科技化有着重要的推动作用。
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论文作者:莫毅
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第18期
论文发表时间:2019/6/26
标签：材料论文; 智能论文; 建筑论文; 土木工程论文; 伸缩论文; 合金论文; 结构论文; 《建筑模拟》2019年第18期论文;