太仓市双凤镇建设管理所 江苏苏州 215400
摘要：本文从结构控制的角度出发，论述了振动减震控制技术在现代抗震技术中的应用和发展以及隔震技术和消震技术的两种应用方式，通过阐述结构减震控制技术的内涵特征，对结构减震控制技术在土木工程中的应用进行探讨，旨在为如何促进结构减震控制技术的有序健康发展提供一些思路。
关键词：土木工程；结构减震；控制
传统的结构抗震是弹塑性设计方法，采用增强结构本身的抗震性能（强度、刚度、延性）来抵御地震作用，这是被动消极的抗震对策。由于人们对未来地震灾害作用的强度和特性尚不能准确地估计，按传统抗震方法设计的结构不具备自我调节的能力。因此，结构很可能不满足安全性的要求，而产生严重破坏或倒塌，鉴于结构减震控制技术涵盖范围太大，下面只讨论其中的隔震控制技术及耗能减震技术。
1 结构减震控制技术概述
在土木工程建设中，结构减震控制技术能对由地震所形成的振动进行全面建筑结构的隔离。土木工程中的防震体系通常设置于工程结构的底端与基础工程顶部之间，以促使上部结构与基础部分的有效分离。依托隔震体系以对地震波形成的向上冲击力予以隔离，能够使工程结构基本周期得到延长，进一步缓解建筑物的地震反应，促使全面工程加速度向下，依托隔震系统实现对地震所形成的能量的分担，进而达到减震的目的。结合地震反应图谱来看，加速度反应谱与周期呈负相关关系，底层建筑的刚度一般很大，因而周期变短，在发声振动过程中，其获取的加速度很大，通过应用相关手段可以延长工程结构的基本自震周期，使工程结构基频维持在地震引发高能量频段之外，依托这种方式可切实缩减建筑物传输的加速度。
2 结构减震控制原理
第1种办法是不让地震输入，即消震，也就是不让地震发生。目前这种方法的实现还是有相当大的难度。第2种办法是使得惯性力减小。根据动力学原理，结构自振周期大，获得加速度就越小，通过隔震方法实现这个目的。第3种方法是增加结构的阻尼，使结构构件所负担的地震作用减小。但是，通常结构自身的阻尼很小，钢结构自身阻尼比约为2%，混凝土结构约为5%。因此应设法增大结构的阻尼，即在主体结构之外增加一些阻尼器。第4种方法是人为地设置一些构件，利用这些附加构件的塑性变形消耗能量来保护主体结构的整体性。增加阻尼器和设置一些专门构件，都是为了消耗地震能量，前者靠阻尼器来消耗能量，后者靠塑性变形来消耗能量，统称为消能减震方法。第5种方法是在结构上另外附加一个质量—弹簧系统，相当于一个调频器，但该附加系统自身频率合适时，可以使得附加质量块的运动方向与结构的运动方向相反，从而减小结构的振动幅度，达到减震的目的。
2 结构减震控制技术在土木工程中的应用
2.1 被动控制在土木工程中的应用
被动控制在土木工程中的应用主要包括三种类型：基础隔震体系、耗能减震体系以及协调减震系统等。其中，基础隔震体系是选取相关隔震消设备安装于上部结构与基础之间，使地震能量向上部的输入实现降低，进而收获上部结构振动降低的成效。基础隔震土木工程中的应用，可显著缩减结构自振频率，适用于短周期的中低层建筑及刚性结构。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因为隔震只可对高频地震波发挥作用，所以该项控制技术不适用于高层建筑。对于耗能减震体系而言，耗能剪力墙、耗能支撑等是较为常用的耗能元件，另外，摩擦阻尼器、金属屈服阻尼器及黏弹性阻尼器等则是较为常用的阻尼器。对于协调减震系统而言，应用相对较多的协调减震系统包括有液压质量振动控制系统、调谐质量阻尼器及协调液体阻尼器等。以调谐质量阻尼器为例，其属于一种小型的振动系统，主要由质量块、阻尼器及弹簧等组成。控制结构振动的机制为：调谐质量阻尼器置入原结构体系后，动力性能会出现转变，等到原结构在动力作用下产生距离振动后，因为调谐质量阻尼器质量块产生惯性作用，进而对原结构产生一个反作用力，如此一来，阻尼同样会产生耗能作用。
2.2 主动控制在土木工程中的应用
主动控制在土木工程中的应用，主要包括两种类型：开环控制系统、闭环控制系统。对于开环控制系统而言，其是指直接结构以对环境干扰开展检测，结合检测数据分析获取控制率。对于闭环变刚度控制系统而言，其是在结构反应检测基础上有效达成的主动控制。闭环控制有着可靠的抗干扰能力，并且对系统元件精度要求不高，控制成效较为显著，因而得到了广泛推广。然而，即便主动控制研究收获了一定的成果，该项技术依旧不够完备。
3 结构减震控制的最新研究及未来发展趋势
几十年来对结构的减震控制的实验研究一直在继续。近年来有为数可观的研究于隔震支座的功能和改进上，研究出不少的可用于隔震系统的新材料新部件，发表了大量的有关隔震系统性能研究的文章，这些研究结果表明，良好设计的结构减震控制可以达到隔震的效果。目前隔震研究的重点和今后的发展在以下几个问题上[5～10]：
1）近场强地震条件下，沿断层破裂方向有一个很强的加速度与位移脉冲。当位移脉冲超出隔震系统的最大允许位移时，结构会与限位装置发生碰撞，对结构产生冲击。这种冲击对结构的安全是有害的。
2）结构阻尼的分布影响结构动力特征已经为人们所认识，通过在结构的特定部位设置阻尼器控制结构的动力特性，减弱结构在地震中的动力反应使结构更安全是目前隔震研究中的热点，目前主要集中在新型阻尼器的研究上，如何使阻尼器在小位移下就可以有效地产生所需的阻尼。
3）隔震技术的成熟促使人们对目前的设计规范进行进一步的反思，目前的抗震设计规范是建立在已有的地震经验的基础上的。隔震技术的成熟使得不仅可以在震时保护人的安全，也可以保护结构的框架，使其在震后可以直接使用。由于隔震降低了结构内力和作用于结构的加速度、速度与位移，结构无须进行延性设计，因而可以节省建设投资。隔震技术可以改变目前的设计思想，制定相应的设计规范，使人们有更多的设计方案选择。
总结：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]颜桂云，张建勋，叶建峰.土木工程结构减震控制技术的研究动态[J].福建工程学院学报，2009，（1）．
[2]朱虹锦，赵建恒.浅谈土木工程结构中减震控制技术的应用方法[J].建筑工程技术与设计，2014，11（20）.
[3]杨洲，陶成良.现代土木工程中结构的减震控制[J].城市建设理论研究：电子版，2015，5（32）.
论文作者:陈作林
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/3
标签：结构论文; 土木工程论文; 技术论文; 阻尼论文; 加速度论文; 阻尼器论文; 质量论文; 《建筑模拟》2018年第22期论文;