摘要：减震控制技术是一种抗震加固的新方法，同传统抗震体系相比，更加有效、安全、适用、可靠。本文根据笔者多年经验并结合相关资料，对建筑结构的减震控制技术进行了概念性的介绍,并且介绍了当前各种减震控制技术的发展现状及其应用发展前景。
关键词：建筑；抗震；加固
引 言：随着国民经济建设的迅速发展,人们生活质量的提高，人们对建筑物的安全性、适用性和耐久性的要求不断增强,越来越多的新型体系随之发展起来,同甘共苦时,对已有结构的维护和补强加固也引起了工程界的广泛重视。我国地域广阔地震灾害较多,对结构抗震性能的要求也较高。在抗震加固方面,传统的结构加固改造是通过增强结构自身的强度和刚度来达到目的的,改造后的房屋普遍存在着上刚下柔、头重脚轻等不利于抗震的因素。现在,国内外许多从事抗震研究的工作者已把目标转向采用减震控制技术作为结构抗震加固改造的新方法并进行了系列的研究工作,为加固改造技术开辟了新的、更为有效的途径。
1工程结构减震控制技术
随着科学技术的发展，我国建筑抗震技术得到了很大的提高。传统的抗震设计原则中利用结构自身储存和消耗地震能量来满足抗震设防标准,是一种消极被动的抗震方法。合理有效的抗震途径是采取结构振动控制技术,即对结构施加控制机构(系统),由其与结构自身共同发挥作用,以调谐和减轻结构的地震反应。结构控制可分为主动控制、被动控制、半主动控制和混合控制。
1.1 被动控制
被动控制是一种不需要外部能源的减震控制技术,一般是在结构的某个部位附加一个子系统或对结构自身的某些构件进行构造上的处理,以改变结构体系的动力特性。被动控制已成为目前应用开发的热点,许多被动控制技术已经日趋成熟,并已在实际工程中得到应用。被动控制从控制机理上可分为基础隔震和耗能减震两大类。
1.1.1 基础隔震
基础隔震技术是指在建筑物或构筑物基底设置控制机构来隔离地震能量向上部结构传输,使结构振动减轻,防止地震破坏。纵观隔震技术的发展,可以看出近年来隔震技术有以下特点:
（1）隔震技术的应用范围越来越广,数量越来越多。隔震技术不仅在新建工程中获得广泛应用,而且在现有建筑的加固工程中得到应用。
（2）隔震建筑的结构形式日趋多样化,已从早期主要应用于砌体结构、钢筋混凝土结构发展到钢结构、组合结构、木结构。
（3）可供选择的隔震装置越来越多,新的隔震方法不断提出,并且采用混合隔震技术已经成为发展趋势。目前研究开发的基础隔震技术主要有:夹层橡胶垫隔震、摩擦滑移隔震、滚珠及滚轴隔震、支撑式摆动隔震和混合隔震等。
1.1.2 耗能减震
耗能减震是把结构物的某些构件(如:支撑、剪力墙等)设计成耗能元件,或者在结构的某些部位(如:节点、连接处等)装设阻尼器。在风荷载和小震作用下,这些耗能元件与阻尼器处于弹性状态,使结构体系具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求。在强震作用下,耗能元件或阻尼器首先进入非弹性状态,产生较大的阻尼,大量消耗入结构的地震能量,使主体结构的动力反应减小,避免进入明显的非弹性状态,从而保护主体结构在强震中免遭破坏。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆耗能减震作为一种结构被动控制措施是将地震输入结构的能量引向特别设置的机构和元件加以吸收和耗散,从而保护主体结构的安全,它具有以下优点:
（1）安全,依靠耗能装置大量耗散地震能量,达到保护主体结构的目的。
（2）经济、采取“柔性耗能”的概念可减少剪力墙数量、减小构件的断面和配筋。
（3）合理,通过耗能装置耗散能量以减轻地震反应。
（4）适用范围广,维护费用低等。
目前,常用的耗能装置有以下几种: 1)摩擦耗能减震装置; 2)粘弹性阻尼器; 3)金属阻尼器; 4)粘滞阻尼器; 5)复合型耗能器。
1.2 主动控制
主动控制是一种需要外部能源的减震控制技术,它是通过施加与振动方向相反的控制力来实现结构减震控制的。其工作原理如下:传感器监测结构的动力响应和外部激励,将监测的信息送入计算机内, ,计算机根据给定的算法给出应施加的力的大小,最后,由外部能源驱动,控制系统产生所需的力。目前研究和开发的控制力型主动控制装置主要有:主动质量阻尼系统、主动拉索系统、主动支撑系统、主动空气动力挡风板系统、气体脉冲发生器等。
1.3 半主动控制
半主动控制是利用控制机构来主动调节结构在地震过程中的参数来达到减震目的的,其对外部能源需求量很低,可以不用强电,而由弱电(能源存储器,如蓄电池等)来提供。半主动控制往往采用开关控制,通过开关改变控制器的工作状态,从而改变结构的动力特性。目前较为典型的半主动控制装置有:可变刚度系统、可变阻尼系统、主动调节参数质量阻尼系统、可控液体阻尼器、可控摩擦式隔震系统等。
1.4 混合控制
混合控制是主动控制和被动控制的联合应用。这种控制系统充分利用了主动控制和被动控制的各自优点,它既可以通过被动控制系统大量耗散地震能量,有可以利用主动控制系统来保证控制效果,因此有着良好的工程应用价值。
混合控制装置主要有以下几种:主动质量阻尼系统与调谐质量阻尼系统或调谐液体阻尼系统相结合的混合控制;主动控制与阻尼耗能相结合的混合控制;主动控制与基础隔震相结合的混合控制等。
在这四种控制技术中,主动控制的效果最好,但由于建筑结构体型巨大导致所需的外加能源较大,加之控制装置的控制算法比较复杂,因此其应用程度少于其他三种控制技术;被动控制造价低廉,减震效果良好,容易实现,目前发展最快,应用最广;半主动控制介于主动控制和被动控制之间,其控制精确度较高,造价较主动控制低谦,而且不需要较大的动力源,因此其具有广阔的应用和发展前景;混合控制综合了某几种控制的优点,因此其具有良好的控制效果,发展前景较为广阔。
2 结束语
随着抗震知识的不断完善和国民经济的不断发展,对现有建筑物的抗震加固越来越多,抗震加固方法已从传统的方法不断趋向多样化[5]。目前新发展起来的减震控制技术在工程应用上有明显优势,为建筑的抗震设计和抗震加固提供了一条崭新的途径,它克服了传统结构“硬碰硬”式的抗震设计方法,具有概念简单、减震机理明确、减震效果显著、安全可靠的特点。相信今后一段时间将是减震控制技术走向成熟的时期。
参考文献:
[1]赵玉琴.房屋的抗震设防措施[J].山西建筑.2015(12).
[2]赵祜茂.抗震概念设计在钢筋混凝土结构中的应用[J].山西建筑.2016(10).
[3]朱立新.建筑抗震概念设计重要性[J].建设科技.2015(05).
论文作者:吴春盛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/15
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