赵国杰
河北建设集团天辰建筑工程有限公司 河北保定 071000
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；控制技术；方法探究
前言：
地震作为一种破坏性极大地自然灾害，因为具有随机性以及突发性，对于地震并没有准确的预报，通常就造成了灾难的性后果。过去结构抗震设计方法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。抗震设计需要考虑的主要问题是怎样给结构提供可以抵抗当前地震作用的能力。
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 土木工程结构减震的控制技术
2.1被动控制
结构被动控制是指控制装置不需要外部能源输入的控制方式。其特点是采用隔震、耗能减震和吸能减振等技术消耗振动能量，以达到减小结构振动反应的目的。被动控制的优点是构造简单、造价低、易于维护，并且不需要外部能源支持等。目前，被广泛采用的被动控制装置有：（1）基础隔震体系。基础隔振是在上部结构与基础之间设置某种隔振消能装置，以减小地震能量向上部的传输，从而达到减小上部结构振动的目的。基础隔振能显著降低结构的自振频率，适用于短周期的中低层建筑和刚性结构。由于隔振仅对高频地震波有效，因此对高层建筑不太适用。（2）耗能减振体系。常用的耗能元件有耗能支撑和耗能剪力墙等；常用的阻尼器有金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、黏弹性阻尼器、黏性液体阻尼器等。
2.2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。目前有关主动控制的研究内容主要分为主动控制算法和主动控制装置研究两部分。主动控制装置主要有主动质量阻尼系（AMD）、主动拉索系统（ATS）、主动支撑系统（ABS）、主动空气动力挡风板控制系统（ADA）和气体脉冲发生器控制系统（PC）等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆主动控制算法是主动控制的基础，它的目标是使主动控制系统在满足其状态方程和各种约束条件下，选择合适的增益矩阵，寻找最优的控制参数，使系统达到较优的性能指标，实现对结构的最优控制。目前，它的研究基本上是以理论分析、数据模拟分析为主，且已取得较大的成就，但主动控制技术尚未成熟。从目前已有的研究来看，其可行性还受到一些条件的制约：（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。（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）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。
2.3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
2.4混合控制
混合控制是将主动控制和被动控制或智能控制等2种或2种以上控制方式，同时施加在同一结构上的结构减振控制形式。近年研究较多的是以被动控制为主，主动控制为辅的主从组合方式。它兼有2种控制的优点，又克服了各自的缺点，只需很小的能量输入即可得到很好的控制效果。目前，混合控制有主动质量阻尼系统（AMD）与调谐质量阻尼系统（TMD）或调谐液体阻尼系统（TLD）的混合控制，主动控制与基础隔震的混合，主动控制与耗能减振的混合，液体质量控制系统和主动质量阻尼系统的混合。目前，隔震和耗能减振的混合控制应用较为广泛。世界上第一个安装混合质量阻尼器（HMD）控制系统的建筑是日本东京清水公司技术研究所的7层建筑。我国南京电视塔采用了主动质量阻尼系统AMD与调谐液体阻尼系统TLD相结合的混合控制系统来控制风振。
2.5智能控制
结构智能控制包括采用智能控制算法和智能驱动或智能阻尼装置2类。当结构遇到强烈的地震作用时可能进入非线性，结构构件的承载力和刚度发生退化，实际结构模型修正是结构振动控制的一个突出问题。智能控制算法正是为了解决这一问题而引入的。智能控制算法可以不依赖精确的结构模型，或者具有很强的学习及调整逼近能力。目前研究的结构智能控制算法主要有：（1）模糊控制算法。模糊控制主要通过状态输出和控制输入的模糊逻辑关系，即模糊控制规则来实现系统的调节或控制。（2）神经网络控制算法。人工神经网络具有很强的非线性逼近、自学习和自适应、数据融合以及并行分布处理等能力，在多变量、强非线性系统的辨识、建模和控制中有明显的优势和应用前景。另一类结构智能控制是指采用诸如磁（电）流变液体、压电材料、磁（电）致伸缩材料和形状记忆合金等智能驱动器的主动控制或智能阻尼器的半主动控制。
结语：
目前，被动控制的研究较热，这其中基础隔震的技术已相对成熟，主要用于桥梁及以剪切变形为主的刚性结构上。上部结构的耗能减震技术发展也较快。随着研究工作的进展，相信在该项技术的应用上会有较大进展。结构的主动控制以及以参数控制为标志的第二代结构振动控制——半主动控制和智能控制，至少目前还很难在我国大量应用。这里既有技术的原因，也有经济的原因。所以我国目前仍应以研究、推广和应用被动控制技术为主。
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:赵国杰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/30
标签：结构论文; 主动论文; 土木工程论文; 控制系统论文; 阻尼论文; 系统论文; 算法论文; 《防护工程》2018年第8期论文;