土木工程结构减震控制技术研究

土木工程结构减震控制技术研究

戚洪亮

身份证号： 33900519780620**** ，陕西省

摘要：土木工程结构的抗震性能直接关系着其在投入使用后的安全性和耐久性，所以在具体土木工程建筑施工中，都会有效应用各种减震控制技术来提升土木工程结构的抗震性能。为了更好提升土木工程减震控制效果，文章对当下的减震控制技术进行了分析，并提出了相关应用建议，以供参考。

关键词：土木工程；结构减震；控制技术

1土木工程结构提升减震能力的重要价值

地震是目前世界上危害最大的一项自然灾害，地震具有较强的破坏力，同时波及范围普遍较广，具有较大伤害性，而且具有不可抗性，不可预知性，地震的产生通常会毁灭性破坏震区所有建筑。在世界范围内进行抗震工作时，必须严格遵循以下规范原则。当震级较小时，需要确保土木工程不会遭到破坏，当震级一

般时，需要确保能够维护恢复收到的恢复，如果出现较大震级，则需要保障土木工程建筑，尽量不会倒塌。以此为基础，能够确保土木工程结构具有更高的减震性能，使地震灾害导致出现的人员伤亡大大降低。

2结构减震控制技术概述

土木工程建设中，结构减震控制技术可以对由地震所形成的震动进行全面建筑结构的隔离。土木工程中的抗震体系通常设置在工程结构的底部和地基的顶部之间，以方便上部结构和地基的有效分离。依托隔离系统对地震波形成的向上冲击力予以隔离，可以延长工程结构的基本周期，进一步减少建筑物的地震反应；隔离系统还能分担地震所产生的能量，进而达到减震的目的[1]。根据地震反应谱，加速度反应谱与周期呈负相关。底层建筑的刚度通常很大，所以周期变短，在发声振动过程中，获得的加速度非常大，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，依托该技术可以有效降低建筑物的传递加速度。

3结构减震控制技术在土木工程中的应用

3.1被动控制在土木工程中的应用

对于土木工程建设而言，被动控制在具体的应用中，主要包含以下三个部分。一是基础隔振体系，二是耗能减震体系，三是协调减震系统。

3.1.1基础隔振体系的应用

该体系主要是指相关人员选用合适的隔震设备，并将该设备安装在基础结构与上部结构之间，以达到降低上部结构的振动效果[1]。通过将基础隔振体系应用到土木工程建设中，可以最大限度地降低结构振动频率，主要适用于部分刚性结构和施工周期较短的中低层建筑物。这是因为基础隔振体系仅仅在控制高频率地震波方面能起到应有的作用和效果。因此，结构减震控制技术不能应用在高层建筑的施工中。

3.1.2耗能减震体系的应用

耗能减震体系在应用的过程中，不仅应用到了剪力墙耗能元件、支持耗能元件等各种耗能元件，还应用到了摩擦阻尼器、金属阻尼器和弹性阻尼器等各种各样的阻尼器。而这些耗能元件和阻尼器的应用在抑制地质的动力反应[2]。在这样的情况下，即使遇到强风或者地震等过大的动力负载，也能保证地质结构的稳定性和安全性，以达到防御地震的目的。

3.1.3协调减震系统的应用

在协调减震系统的具体应用中，经常应用到的子系统有以下三种，一是协调液体控制系统，二是调谐质量阻尼器，三是液压质量阻尼器。接下来举一个“协调质量阻尼器”例子来说明协调减震系统的应用价值。调质量阻尼器作为一种常

用的振动系统，主要由以下三个部分组成，分别是质量块、弹簧、阻尼器。协调质量阻尼器的应用原理为：首先向原结构体系中置入该阻尼器，更改和变动动力性能，使动力性能发生巨大的变化，然后，在动力的作用和影响下，原结构产生一种较强的振动感，此时，调质量阻尼器会借助自身的惯性力对原结构施加一个反作用力。在这样的情况下，调质量阻尼器会产生大量的耗能。

3.2主动控制方法

与被动控制不同的是，主动控制是基于现代化的控制理论，结构的主动控制是利用外部的能源将震动过程中造成的作用力降低，可以防止震动过程中给建筑物结构造成的影响。与被动控制方法相比，主动控制方法有着更好的控制力和更加精确的结构模型。主动控制方法是通过作动器来控制结构，能够抑制结构的动力反应，有效降低这些反应的强度。主动控制包括两种类型，一种是闭环控制，另一种是开环控制。其研究方向也有两个，一个是主动控制装置的应用与开发，另一个是对主动控制算法的运用和处理。由于主动控制方法是以现代化的控制理论为指导基础，然后根据土木工程实际的实施情况进行相应的处理，因此在土木工程施工中得到了广泛的应用。但目前主动控制方法主要的研究方法是根据所得到的数据以及现有的理论来对模型进行分析，在某些特定的情况下存在着一定的限制性。目前，对主动控制方法的限制主要包括以下四个方面：(1)在地震中主动控制系统的运作问题。例如，日本的高层建筑都采用了AMD以及HMD的原理，在风振和环境振动过程中确保了系统的正常运行，并且有很好的效果，但是在大地震过程中，未能达到很好的效果。(2)时间滞后问题。由于主动控制方法是以现代化的控制理论为指导基础的，在应用时往往会在信号的运算和处理等方面

需要消耗一定的时间，因此出现了时间的滞后问题。主动控制方法的时间滞后问题，暂时没有有效地解决办法。目前，有人提出了通过补偿的方法来缓解时间滞后的问题，有待进一步研究。（3）能量问题。主动控制系统的运行主要依赖于外部能量的输入，如何保证地震时能量的相对可靠成为结构减震控制技术领域土木工程施工中需要考虑的关键问题[3]。（4）设备维护。除上述问题外，设备维修也是主要问题之一。目前，我国大型土木工程施工中，大跨度桥梁的使用寿命一般为几十年，有的甚至几百年，在此期间，主动控制系统必须保持完整的功能。如何保证系统的完善，特别是作为核心部件的计算机，如何保证其在长期运行下的性能和稳定性，已成为需要解决的问题之一。

3.3半主动控制在土木工程中的应用

对于土木工程建设而言，半主动控制在具体的应用中，主要包含以下两种控制系统类型，一是主动变刚性，二是主动变阻尼。其中，主动变刚性控制系统主要是指通过对相关装置进行科学控制，并对受控结构进行阻尼处理，使得不同阻

尼状态能够自动切换，以达到减小结构震动频率的目的。而主动变阻尼控制系统主要是指在有效控制主动变刚性相关装置的基础上，对受控结构进行刚性处理，从而达到有效切换各种不同大小的刚度值的目的。因此，通过应用主动变阻尼控制系统，可以保证受控结构一直处于稳定、安全的共振状态中，从而起到良好的减震作用。由此可见，半主动控制技术的应用，除了可以有效继承被动控制技术的应用价值外，还能发挥出主动控制技术的应用优势。因此，相对于其他两种技

术外，半主动控制技术具有非常高的应用价值和应用前景。但是，需要注意的是，在应用该技术的过程中，需要相关人员严格按照相关应用要求和标准，通过利用电池将能量全部输出，并科学操作和使用相关控制设备，从而为有效防御地震

提供相应的能量支持。同时，这些控制设备价格低廉，性能稳定可靠，为减轻施工单位的物力成本发挥出重要作用。因此，半主动控制技术在土木工程建设中取得了广泛地应用和推广。

结语

综上所述，为了进一步提升土木工程的减震抗震能力，增强工程质量，在现阶段必须重视对减震控制技术的研究和应用，有效结合同步工程的具体情况，合理应用相应的减震控制技术，从而不断提高结构减震控制技术的应用价值和应用前景，促使该技术的健康、可持续发展。

参考文献

[1]刘勇,尹邦信.结构减震控制技术在土木工程中的应用[J].山西建筑,2019,032(013):7-8.

[2]周嘉.结构减震控制技术在土木工程中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2018,000(001):1-3.

[3]孔繁祺.浅谈土木工程结构减震控制技术[J].建筑工程技术与设计,2018,000(034):762.