摘要：随着我国经济建设的发展，我国土木工程也在不断进步。土木工程中采用减震技术是为了防范地震自然灾害这一不可抗力因素，技术中也迎合了地震的随机性与突发性特征，希望在一定程度上缓解地震难以准确预测的这一世界性难题。探讨了土木工程减震技术中的主动控制与被动控制以及土木工程结构振动控制的相关问题。
关键词：土木工程；结构减震；控制技术
引言
传统土木工程中的结构减震主要借助弹塑性设计手段，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。
1概述
目前，对于地震还不能做出准确的预报，所以地震常常具有突发性和随机性的特征而给人们的生活带来极大的破坏作用，所产生的后果极其严重。所以在土木工程建设施工过程中进行抗震设计是必不可少的一项工作，也是降低地震损失的有效措施。在过去进行结构减震设计时主要是依靠增加结构它自身的强度以及变形能力来增强抗震能力。举例来说，可以通过选择合适的塑性铰的位置以及仔细设计构件的细部构造来保证结构的整体性以及制止倒塌的发生。然而这种方法不可避免的会对结构构件产生极大的损伤。因此，在现代的土木工程当中，减震控制方法主要是使用隔震、耗能、施加外力以及调整结构动力特性这些方法来消减结构地震反应，进而可以保证结构其本身的安全。
2结构减震控制技术在土木工程中的应用
2.1被动控制技术体系
在土木工程减震技术体系应用中，被动控制不需要提供任何外部能量，它的减震与隔震主要以消耗振动能量为原则，阻止振动在结构中的有效传播。该技术在应用方面造价偏低且简单易用，无需外界能源支持，它其中就囊括了基础隔震、协调减震和耗能减震等等分支技术。
这里以基础减震技术的基本原理与应用为例展开讨论，该分支技术主要应用于建筑物及构筑物的基底位置，它能够有效隔离来自地震能量的向上传输冲击，保证结构振动效果减轻，也就是说它破坏了地震对建筑物、构筑物的向上连续破坏能力。若想实现隔震装置优化必须具备以下条件：首先该技术具备相当大的变形能力，且它的初始刚度与强度满足条件；其次它能提供较大的阻尼，且耗能能力同样突出。结合这两点来看，目前比较常见的隔震装置就包括了粉粒垫层隔振装置、基底滑移隔震装置、夹层橡胶垫隔震装置等等。
在实际应用方面，基础隔震也是最早的结构减震控制技术方法，所以它在技术应用方面已经相当成熟，为目前许多地震频发国家所应用。比如日本就采用了这一技术，自1985年以来共建成基础隔震房屋超过5000栋，它们在历次大地震灾害下经受住了地震考验，像1990年日本建成的第一座基础隔震大桥———宫川大桥就采用到了铅芯橡胶支座技术，它的可调节参数多且性能耐久稳定，具有较高的抗疲劳性，证明了技术的扎实优越性。
2.2主动控制方法
与被动控制相对应的就是主动控制，这种控制方法的理论基础是现代控制理论，在这种理论的指导下对结构反应或者环境干扰进行实时跟踪和预测，并且在精确的结构模型基础之上使用和决策的最优控制力。这种控制方法通过作动器来对结构施加控制力，从而减小将会有效的抑制结构的动力反应。
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主动控制的类型有开环控制和闭环控制两种。对主动控制的研究主要包括两个方面，一是主动控制算法的运用处理，二是主动控制装置的开发与应用。结构主动控制算法依然是使用现代控制理论之中的算法作为依据，然后根据土木工程结构自身的特点而做出一些特殊的处理。目前，广泛使用的主动控制算法有：经典线性主要有最优控制法、瞬时最优控制法、随机最优控制法、极点配置法、预测控制法、滑动模态控制法、模糊控制法以及神经网络控制法。结构主动控制的研究主要涉及到控制理论、随机振动、结构工程、材料科学、机械工程、计算机科学、振动测量、数据处理以及自动控制技术等等，具备一定的综合性。当前，它的研究主要是使用理论分析以及数据模拟分析作为主要方法。虽然主动控制的研究取得了一定的成就，但是主动控制技术并不完全成熟。从现有研究来看，主动控制技术在可行性上还存在一定的限制因素。主要集中表现在四个方面：1）主动控制系统在地震之中运作的问题。日本是一个地震多发的国家，在抵御地震侵袭的同时也积累了很多独到的经验。他们发现在地震之时，很大一部分主动控制系统因为故障而不能正常运作；2）时滞方面的问题。主动控制系统在工作的时候，因为在信号处理、运算、电液伺服等动作都需要相应的时间，因此产生了时间滞后这个不可避免的问题。目前提出了使用通过补偿的方法来使时滞得到有效的改正；3）能量问题。主动控制系统的运作主要是依靠外部能源的输入，而在地震之中确保能源的相对可靠成为值得思考的关键问题；4）设备维护的问题。通常生命线工程的大跨度桥梁的使用寿命是几十年，有的甚至要达到上百年，与此同时，主动控制系统也要在这段时间之内保持功能的完备。如何确保系统的完善，尤其是作为核心构件的计算机，其使用性能的保障工作成为亟待解决的问题之一。
2.3半主动控制在土木工程中的应用
半主动控制在土木工程中的应用，主要包括两种类型:主动变阻尼控制系统、主动变刚度控制系统。其中，对于主动变刚度控制系统而言，其经由控制装置使得受控结构的阻尼可于每一采样周期内获取各种阻尼状态之间以展开切换，进一步达到减震的目的。对于主动变阻尼控制系统而言，其经由主动变刚度控制装置，以促使受控结构刚度可于每一采样周期内结合外荷载频谱特性，而于各种刚度值之间展开切换，如此一来，其能够使受控结构于每一采样周期内均可远离共振状态，进一步达到减震的目的。显而易见，半主动控制技术吸收被动控制技术、主动控制技术的优点，可结合结构反应与外界的干扰状态来实现对工程结构的调节。值得一提的是，该项控制技术要求通过电池输出的能量来对控制设施进行操作，如此便可有效弥补主动控制在大地震到来时难以获取能量支持的不足。半主动控制所应用的控制设施不仅经济而且可靠，正是凭借其所具备的一系列优点，使得半主动控制在当前全球范围内的土木工程结构减震控制中得到广泛推广。
3土木工程减震技术中的土木工程结构振动控制问题
土木工程减震技术中对结构振动的控制效果是基于多重因素展开分析的，例如它的结构特性、环境作用或控制算法等等。就以控制算法为例，它就涵盖了对极点的最优配置、模糊逻辑、二次型线性最优水平或对建筑发生地震后的位移速度与加速度变量观测等等。在这些有关土木工程结构振动控制的技术影响下，人们自始至终都希望建立一套统一模型，基于它的控制性能指标来检验、评价控制系统中所存在的不同环境因素，深入探讨环境因素影响下工程结构本身的适用性及有效性问题，所以与结构振动控制体系的相关问题才会被逐一提出并得到发展。
结语
总而言之，结构减震控制技术在土木工程中还有待进一步推广，相关人员要不断研究、总结经验，提高对结构减震控制技术内涵特征的有效认识，推进结构减震控制技术在土木工程中的科学合理应用,进一步促进结构减震控制技术的有序健康发展。
参考文献
[1]武田寿一.建筑物隔震防震与控震[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]周云.土木工程防灾减灾学[M].广州：华南理工大学出版社，2012.
[3]李顺群，张业民，王英红，等.土木工程结构中隔震技术的发展[J].辽宁工学院学报，2011（05）：64-66.
论文作者:李健
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年10月下
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; 技术论文; 控制系统论文; 刚度论文; 阻尼论文; 《新材料.新装饰》2018年10月下论文;