土木工程结构减震控制方法综述

土木工程结构减震控制方法综述

张得望

身份证号： 34122519920727****

摘要：随着我国经济的迅速发展，以及不断加速的城市化，中国的土建工程也日益增多，其规模也日益扩大。地震灾害是一种具有突发性、随机性的自然灾害，对人们的生命和财产构成了极大的威胁。在人类不可避免的自然灾难面前，我们只能提高建筑的防震性能。本文着重对土建结构减振技术进行了分析，以期为今后相关的工程建设提供参考。

关键词：土木工程；结构减震；控制方法

由于我国建筑高度不断提高，使用轻型建筑材料，导致结构刚性大幅度下降，难以抵御突发的地震。结构减震控制技术是一种具有高度科学性和技术性的应用科学，采用减震控制技术进行结构设计，可以有效地减少地震反应，降低建筑的抗震等级，减少建筑的整体成本。减震控制的关键在于采用隔震、耗能、外力施加、结构动态特性等措施来减少结构的地震响应，从而保证结构本身的安全性。

1结构减震控制概述

结构减震控制是指在建筑物的基础上，通过增强结构局部的强度和变形来改善其抗震性能，是一种行之有效的减震措施。在建筑物的某些特殊位置安装某种控制装置、机构或种子结构，在结构发生振动时，主动或液力振动会被动地对结构进行动态或动态特性的影响，以减少结构的振动响应，并对其进行控制，达到减少结构在强烈动力荷载作用下的响应，提高其稳定性，保证结构安全。根据地震响应谱，我们知道，随着时间的推移，它的加速度响应谱会越来越小，而低矮建筑的刚度越大，它的响应时间也就越短，在地震发生的时候，它的加速度就会变得更快，如果我们采取相应的措施来增加它的拉长周期，使它离开场地的最佳周期，使它的基频总是在一个更高的频率范围之外，这样就可以有效地减小它的加速度。

2土木工程结构减震控制方法研究现状

2.1土木工程结构减震主动控制

主动式阻尼器、主动支撑系统、主动牵引系统是目前土木工程结构减振的三大技术。主动控制是指当工程结构受到较大的震动时，通过外部能量的作用，对其进行相应的辅助动力，进而实现对结构的减振。该控制系统由作动器、传感器、控制器三部分构成，能够实时地改变控制力的输出方向，以确保工程结构的稳定性。有源控制技术又将其分为开环控制、闭环控制、开—闭环控制。

2.2土木工程结构减震混合控制

混合控制在土木工程结构的振动控制中，主要表现为主动质量阻尼和调谐减震、主动控制和地基隔震组合、主动控制和耗能减震技术的结合。基于主动和被动控制的混合控制，继承了前者的抗震反应灵活、维护方便、成本合理等特点，逐渐成为今后建筑工程中的一个新的发展趋势。南京电视塔采用了混合控制技术，它的液位调节和主动质点阻尼相结合，可以很好地控制结构的风-振响应，达到了混合控制技术在工程上的应用。

3土木工程结构减震的控制方法

3.1被动控制

被动控制的目的在于实现地基的隔震和消能减震，地基隔震是在地基与地基间加一个横向挠度层，以延长结构的横向振动周期，以减小水平地震对上部结构的影响。它具有结构简单、造价低廉、维修方便、无需外部能量支持等优点，被越来越多地用于建筑结构的抗震设计中。当前，广泛使用的无源控制设备有：

(1)地基的隔振；地基隔振是通过在上部结构和地基之间安装一定的减震消能设备，减少地震能量向上层传递，以减少上部结构的振动。从工程的实际经验来看，最常见的就是橡胶支架，它是由橡胶片、薄片强化钢板进行粘硫化处理而成，它的特点是水平和垂直两个方向都能承受地震带来的压力，并传递给桥墩，弹性好，适应性强，剪切变形功能可以有效的解决上部结构的水平位移问题。(2)节能降噪。耗能减振是指将结构的部分构件，例如支撑、支撑等作为耗能构件，或在结构的连接处、节点处设置阻尼器，耗能构件在受力影响时处于弹性状态，当受力或振动时，耗能构件会进入不弹性状态，从而大大地消耗了输入构件的能量，从而防止载荷或振动进入主体结构，使结构进入不弹性状态，从而保证了结构的安全。消能减振性能稳定，适用范围广，抗震性好，经济实用，可靠性高，技术条件简单，适合于高层和超高层建筑。(3)振动调节。调谐、减震是指在建筑物的主体结构上加上几个附属结构，使得其在强烈地震中的振动传递，从而在原有结构和附属结构间重新分布地震能，从而减少地震对原有结构的损伤。目前，已广泛应用的调谐减振系统包括：调谐质量阻尼（TMD）、调谐液体阻尼（TLD）、液压质量振动控制（HMS）等。

3.2主动控制

结构主动控制是指在结构受到激励时，通过外力作用于结构，使其动态性能发生变化，使其响应快速降低。其中，有源控制系统包括传感器、控制器和执行机构。根据检测结构反应和外界激励的不同，有源控制技术可分为开环控制系统、闭环控制系统和开—闭环控制系统。目前，结构的主动控制算法仍然是基于现代控制理论的，有些算法针对其本身的特性进行了专门的处理。现有的有源控制方法有：经典线性、瞬时最优、随机最优、极点配置、独立模态空间控制、界限状态控制、自适应控制、预测控制、滑动模态控制、模糊控制、神经网络控制。

3.3半主动控制

半主动控制就是利用少量的外源或非外源的能量，对系统的结构参数进行实时调节，从而达到抑制结构动态响应的目的。该方法具有无源控制的高可靠性和较强的自适应能力，而且成本低廉，具有很好的应用前景。半主动控制方法包括有源变刚度控制和有源变阻尼两种。有源变刚度系统是利用有源变刚度控制器，在每个取样周期中，根据外荷载的频谱特征，使受控结构的刚度在各个取样时段内变化，以实现阻尼。其中，常用的是变刚度变阻尼系统，变刚度变阻尼系统，变刚度变阻尼系统，变刚度变阻尼系统， ATMD等。

3.4混合控制

混合控制是将主动控制和被动控制结合在一起使用的一种新型的控制方式，它既能将主动控制和被动控制结合在一起，又能最大限度地利用主动控制和被动控制的优势，从而克服了单一控制方式的局限性和缺陷，只需输入少量的能源就能直接进行控制，从而提高了系统的稳定性、实用性和安全性。

3.5智能控制

在土木工程结构中，也有一种称为“智能控制”的算法，它不仅不需要精确的结构模型，而且具有很好的自适应和近似特性。结构智能控制分为两大类：智能控制算法，智能传动或智能减振。结构在受到强烈的地震作用时，会出现非线性现象，导致结构的承载能力和刚度下降，因此，对结构进行真实的结构建模校正，是目前结构振动控制中的一个重要问题。针对这个问题，提出了一种智能控制算法。目前有两种主要的智能控制方式：（1）模糊控制。模糊控制的基本原理是利用状态输出与控制输入之间的模糊逻辑关系，也就是模糊控制律。(2)一种基于神经网络的控制算法。ANN在非线性逼近、自学习、自适应、数据融合和平行分布处理等方面具有较强的优越性和优越性。另一种结构智能控制是利用磁流变液体、压电材料、磁（电）可伸缩材料、形状记忆合金等智能驱动器进行主动控制或半有源控制。

结语

目前，世界上许多国家对结构减振技术进行了理论和实践推广。结构减震技术是一门具有很高技术门槛和科学门槛的应用科学，它的运用对各种建筑物的抗震性能有很大的促进作用，极大地改善了建筑物的使用性能和安全性。我国应该关注结构减震技术的发展，掌握今后的抗震技术发展趋势，进一步深入地研究，促进其发展，促进其发展。

参考文献

[1]王卫勇.浅议结构减震在建筑中的应用[J].山西建筑，2012（19）.

[2]邱晓平.土木工程结构的抗震设计探讨[J].林业科技情报，2013（3）.

[3]王海建.土木工程结构减震方法分析[J].门窗，2013，08：378.