土木工程结构减震控制方法综述彭宁

土木工程结构减震控制方法综述彭宁

彭宁

山东省建筑材料工业设计研究院山东济南250022

摘要：随着经济的飞速发展以及城市化进程的不断加快，在我国的土木工程建设工程也是日益增多，其规模更是越来越大。本文从结构减震的角度出发，首先概述了隔震控制技术的基本原理，之后再根据其基本原理来论述土木工程结构减震的控制方法。

关键词：土木工程；结构减震；控制方法

一、土木工程结构减震的意义及价值

（一）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。

（二）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。

二、耗能减震

耗能减震技术就是把结构物中的某些构件（如剪力墙、支撑等等），设计成的耗能部件或是在结构物的某些部位（连接处或是节点）来设置其阻尼器，在小荷载的作用之下，阻尼以及耗能杆件可以处于一个弹性的状态，在强烈地震的作用之下，耗能装置首先进入的是一个非弹性的状态，大量消耗输入到结构之中的能量，这样就可以使得主体的结构避免进入一个明显的非弹性状态，从而就可以保护主体结构不会受到破坏。我们按照其耗能装置的不同，耗能减震体系有可以分为不同的体系，一种是耗能构件减震体系，其中常用的耗能元件有耗能剪力墙（如横缝剪力墙、竖缝剪力墙、周边缝剪力墙、剪力墙等等）以及耗能支撑（比如，方框耗能支撑、圆形耗能支撑以及形偏心耗能支撑等等），然而另一种则是阻尼器耗能减震体系，其中及包括了摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器以及弹塑性耗能器（软钢耗能器、铅挤压阻尼器以及记忆合金耗能器等）等等。

三、土木工程结构减震方法

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。

（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。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。

（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）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。

四、土木工程结构减震控制方法的发展趋势

笔者结合前面关于土木工程结构减震控制技术的详细阐述，结合自身理论和实践经验认为，在未来结构减震控制技术将主要在一下几个方面获得重点研究和突破，因为这些关键点设计结构减震技术自身的发展需要。

1结构减震控制技术中模型构造优化

土木工程结构减震是一项系统性的交叉学科，涉及基础物理学科与工程学科的多个领域，其设计应用模型的优化需要有经验、高素质、专业技能强的工程师队伍来共同搭建，加之土木工程结构减震面临诸多复杂地质条件和气象环境，所以结构减震模型的优化绝非一日之功可以完成，需要长期大量的数据积累和理论研究的突破，才能有效实现结构减震控制技术的成熟发展与应用。

2结构减震控制技术应用设计系统软件的商业开发

伴随着社会对工程减震的重视程度日益加深，结构减震控制技术在土木工程上的使用将会得到极大地普及和推广。因此研发适合现代土木工程设计的商业化软件将是土木工程设计市场的需要，同时在智慧城市建设日益加深的大背景下，结构减震控制技术作为城市土木工程安全使用的需要必将进入新的发展阶段，儿商业化设计结构减震控制软件将提供一个良好的平台，实现智慧城市与城市土木工程减震安全监控的无缝对接。

3结构减震控制系统的综合效益评价体系构建

土木工程结构减震控制技术伴随着现代建筑行业的蓬勃发展，也渐渐从实验室走向实体建筑应用中去，但面对广大建筑企业尚未具体涉及该领域技术的应用，为了更好地推广和促进结构减震控制系统的工程价值实现，应该组织行业协会或者第三方科研机构对其结构减震技术设置相应指标考核体系，搭建安全性、经济性、可控性等多方面的考评模块，从而实现土木工程结构减震控制技术的产业化开发与应用。

五、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

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[3]周可哥.工程结构振动控制研究综述[J].安徽建筑.2010（02）

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