摘要：伴随着我国建筑行业建设水平的不断提升，在面对日益复杂的地质安全问题上，我国土木工程建设中的施工技术不断进步。但是由于我国人口聚居地区多处于地震带和季风区内，造成我国建筑面临防风减震等诸多技术问题，为人民生产生活埋下生命财产隐患。
关键词：土木工程；结构减震
随着土木工程建筑高度的不断增加和轻质高强材料的大量使用，高层建筑的刚度日益降低，对地震也越来越敏感。传统的单纯依靠增加结构刚度的抗震方法显然已经不再适应要求，取而代之的是结构减震控制措施。结构减震控制是指在土木工程结构特定部位，设置某种控制装置或施加外力，改变或调整结构的动力特性或动力作用，以减小工程结构振动反应的技术,对建筑物进行振动控制有着重要意义。
1土木工程结构减震的意义及价值
1.1土木工程结构减震是工程安全性的需要
土木工程结构减震技术发展三十度年来，已经取得卓越的工程学成就。由于现代土木工程涉及桥梁、道路、房屋、厂房、发射塔等一系列重要的公共建筑，其安全性必须受到严格保证。伴随着现代地质科技的不断发展，人们对地质结构以及不可抗力的风险越发重视，尤其是在遭遇了日本大地震、汶川大地震、智利大地震等一系列巨大的地质灾害后，人愈发重视建筑抗震以及土木工程减震的重要性，所以现代土木工程对结构减震的需要越来越强烈。
1.2土木工程结构减震是确保建筑使用年限的需要
正如前述所说，建筑受到此类突发灾害性影响带来的生命财产损失是巨大的，对建筑自身使用寿命也带来毁灭性的影响。但在一些受强风等气象影响下的土木工程，其长期遭受风力震动的影响，也会大大减少建筑物的设计使用寿命，同时带来极大地安全隐患。因此，土木功臣结构减震控制技术有利于延长和保证现代建筑的设计使用寿命，达到预期的社会和经济效益。
2土木工程结构减震控制方法研究现状
2.1土木工程结构减震主动控制
主动控制技术在土木工程结构减震中主要使用主动质量阻尼器、主动支撑系统和主动拉索系统三大技术。主动控制是指在结构上利用外部能源，在工程结构遭受强烈振动时，向结构施加相应的辅助动力，继而完成减小振动反应的过程。在由作动器、传感器和控制器三部件组成的主动控制系统中，它能实现即时的改变控制力输出方向，从而保证工程结构的稳定。主动控制技术又根据检测结构响应和外部刺激划分为开环控制系统、闭环控制系统以及开―闭环控制系统。
2.2土木工程结构减震混合控制
混合控制主要在土木工程结构减震中体现为主动质量阻尼与调谐减震的组合、主动控制与基础隔震的组合以及主动控制与耗能减震技术组合。混合控制是建立在主动控制与被动控制技术相结合的基础之上，它继承了前两者抗震反应灵活、易于维护、成本合理的优点，渐渐成为未来土木功臣结构减震领域的新方向。我国混合控制技术在南京电视塔的建造中得到有效发挥，其调谐液体阻尼系统与主动质量阻尼系统的结合有效地控制了该建筑的风振反应，实现了混合控制技术的工程价值。
3土木工程结构减震方法
3.1被动控制
被动控制是通过减震、隔震装置来对振动能量进行消耗，并阻止振动在建筑结构中进行传播，构造简单，造价成本低，维护简便，且不需要外部能源支持，在土木工程结构减震中的应用越来越广泛。
3.1.1耗能减震
耗能减震是将结构中的一些构件比如支撑、支撑等设计成耗能部件，或者在建筑结构的某些部位比如连接处、节点处设置阻尼器，耗能部件和阻尼器在荷载作用较小的情况下处于弹性状态，在强烈的荷载作用或振动作用下，耗能部件就会进入非弹性状态，能够大量消耗输入结构的能量，避免荷载或振动作用进入主体结构造成结构进入非弹性状态，为主体结构的安全提供了可靠保障。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于耗能装置不同，耗能减震也可分为不同的体系，一种为耗能构件减震体系，常用的耗能元件有耗能支撑、耗能剪力墙等，另一种为阻尼器耗能减震体系，常用的阻尼器有金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞性阻尼器等。耗能减震具有性能稳定、适用范围广、抗震性好、经济实用、可靠性高、技术条件简单等优点，比较适用于高层建筑和超高层建筑。
3.1.2基础隔震
基础隔震是在建筑物的上部结构与基础之间设置控制机构，比如设置隔震消能装置，从而减小或者隔离地震能量向建筑物上部结构传输，使上部结构的振动减小，避免地震给建筑物带来危害。基础隔震装置必须具备一定的特性才能够满足结构减震需要，因此，装置必须具有较大的变形能力，必须能够提供较大的阻尼并具有较大的耗能，必须具有足够的初始刚度和强度。比较常见的基础隔震装置有刚滞变阻尼器隔震装置、夹层橡胶垫隔震装置、摩擦隔震装置等。基础隔震对降低结构的自振频率具有非常显著的作用，是发展最早的结构减震方法，其在技术上比较成熟，具有构造简单、性能稳定、耐久性高、经济、减震效果显著的优点，比较适用于刚性结构和中低层建筑。
3.1.3调谐减震
调谐减震主要是通过在建筑主体结构中附加一些子结构的方法，使主体结构在强震作用下，振动发生转移，结构中的震动能量就能在原结构与附加结构之间得到重新的分配，大大降低了震动对原结构带来的破坏。常用的调谐减震系统有调谐质量阻尼器、模式质量阻尼器、质量泵、调谐液体阻尼器、液压质量振动控制系统等，这些调谐减震系统能够有效减小地震反应。
3.2主动控制
结构主动控制是利用外部能源, 在结构受激励振动过程中, 对结构施加控制力或改变结构的动力特性, 从而迅速地减小结构的振动反应。主动控制系统主要包括传感器、控制器和作动器3 个组成部分。
3.2.1 主动控制系统在地震中运作问题。日本采用AMD 和HMD 的高层建筑, 在风振和环境振动时主动控制系统运作正常, 取得很好的控制效果。但在大地震时, 很大部分的主动控制系统因故未能运作。
3.2.2 时滞问题。主动控制系统在工作时由于信号处理、运算、电液伺服作动自动作等都需要一定的时间, 因此时间滞后问题是不可避免的。时滞对控制系统的性能有很大影响,它使系统稳定性变差, 控制效率降低, 甚至可能产生负效应。目前, 可以通过补偿的方法来修正时滞。
3.2.3 能量问题。主动控制系统的运作需要依靠外部能源的输入, 如何在地震中保证有可靠的能源, 需要特别注意。
3.2.4 设备维护问题。作为生命线工程的大跨度桥梁的使用寿命最少为几十年, 甚至上百年, 相应的主动控制系统也需要在这么长的时间内保持使用功能完备, 如何能保证系统的完善, 特别是作为核心构件的计算机的有效性也是需要解决的问题。
3.3半主动控制
半主动结构控制参数控制, 它是依赖于结构的振动反应或动荷载的信息实时改变结构的参数来减小结构的反应。它更易于实施, 并且它的控制系统更为可靠。半主动结构控制的控制效果优于被动控制, 略逊于主动控制。半主动控制不需要外界能量输入, 因而是一种很有发展前景的抗震控制方法。刘季研制了变刚度半主动控制系统并成功地完成了振动台试验，是我国第一个半主动振动试验。刘文锋对变结构控制系统进行了研究。这种措施的实质是瞬时地改变结构的动力特性, 使之能够主动地适应外荷载的变化。
4结语：
通过笔者对土木工程结构减震控制技术的必要性阐述，结合对结构减震控制技术的详细介绍，笔者结合社会发展趋势和土木工程结构减震技术自身发展需要认为土木工程结构减震技术将在商业软件开发、设计模型优化、综合效益评价体系搭建三大方向有所突破，另外笔者还认为伴随着我国制造业创新升级的步伐，在土木工程结构减震装备设计制造上也将会取得优秀表现。
参考文献
[1]李勇军、王英红.工程结构减震控制技术的发展[J].辽宁工学院学报.2001(01).
[2]王海建.土木工程结构减震方法分析[J].研究与探讨.2013(08).
[3]元兴军、李小军、刘萍.土木工程结构减震控制方法综述[J].工业建筑.2006(08).
论文作者:陈家彦
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年11月上
论文发表时间:2019/7/1
标签：结构论文; 土木工程论文; 主动论文; 控制系统论文; 技术论文; 装置论文; 阻尼器论文; 《新材料.新装饰》2018年11月上论文;