土木工程结构振动控制技术的发展

陈谭

摘要：建筑业保持了良好的发展势头。随着建筑行业展览会的快速发展，配套技术要求也在不断提高。近年来，地震灾害时有发生，造成极大的破坏，引起人们对结构抗震性能的重视，相关专家学者也对结构的振动控制进行了研究，并取得了一些积极的成果。加强结构振动控制研究，是提高建筑物抗震性能、减少地震危害的一项重要工作，应引起足够的重视。

关键词：结构振动控制;具体应用;技术分类

1 结构振动控制技术种类探析

1.1 被动控制

结构在振动过程中不受外界能量的影响，控制装置受到结构振动的影响，其控制也在发生变化，控制是被动的，称为无源控制系统技术。这项技术进一步细分为以下几类： 基础隔离。根据建筑物的位置，对建筑物的局部区域进行地震可能发生的震级、深埋在地基下的控制机制、地震传播路径、阻挡层、中断向上传递的振动、上部结构稳定、对建筑物的地震破坏较少等分析，基础隔震常用的材料有叠层橡胶、滚珠等，隔震技术在民用建筑中的应用还有许多其他基础;。TMD和 TLD是常见的被动控制调谐质块阻尼器。结构由弹簧和振动系统组成。系统需要外力来驱动振动。TLD是一种频率调制式液体阻尼器，水箱是该装置的主要组成部分，外力会使水箱内的水发生震动，风荷载、地震等都能触发阻尼器工作，箱内的液体受外力作用晃动，形成波浪，动压差随之产生，液体运动过程中伴随着惯性力两种力相互作用，达到平衡的减振效果。

1.2 主动控制

该技术要求对工程实施区域的地面振动进行实时监测，利用地面振动仪进行检测，并将数据传回计算机，由计算机对建筑物的受力和结构变化进行分析，根据计算结果，通过外力来平衡地震力，从而降低建筑物的地震感。根据这一理论，主动控制无疑是最好的结构振动控制方法，但从土木工程实践来看，控制技术的发展需要消耗大量的资源，不适合在工程建设中使用，但在保护方面对现有设备有显著的保护作用，AMD、ATS 及 ABS 等都属于主动控制系统范畴。

1.3 半主动控制

这种控制系统有很多种。本文选取了两个典型的系统进行分析： ①变刚度系统，其作用是避免建筑物共振现象，系统起关键调节作用是液压元件、刚性支承、梁在元件的调整中，两个连接条件发生变化，共振现象减少。低能耗是系统的一个显著优点，在突然断电的情况下，系统备用电源可以维持运行3分钟。该系统可以自由调节层间刚度，刚度调节就像一个应答开关，只要保证刚度在允许范围内波动，调节系统的刚度不仅可以避免结构共振，而且可以增加阻尼。②ER 和 MR 系统，随着系统的调整，电场和磁场发生变化，使系统中的流量变化成为自由落体，流体在固体、半固体和液体之间自由转换，没有伺服控制阀，增强了系统机械部件的可靠性，便于工作人员以后对系统进行维护。

2 振动控制技术简析

2.1 地基材料

经过实践研究证实，在工程建设中，不同的地基材料在地震中相遇时，地震波的反应是不同的。因此，研究地基材料的地震效应对地震反应的影响具有重要意义。在工程中，一些具有抗震性能的材料可以用来处理地基，可以减小地震波的反应，有效地降低建筑物的地震感觉。为了提高建筑物的抗震能力，采用了粘性材料，也有土砂垫层施工的实例，并进行了相应的粘性垫层的研究，经过大量的研究和论证，证明了沥青材料具有良好的隔震效果。

2.2 基础隔震

当遇到地震波时，基地首先与它接触，然后将它传送到主楼。地基避震是减少地震波对建筑物危害的重要手段。研究表明，在施工过程中，基础隔震、上部结构隔震、底部隔震装置与基础避震的配合对于提高整体结构的抗震性能具有重要意义。

2.3 耗能减震

在所述结构的各层之间的规划位置设置有一些消能装置。当遇到地震时，地震烈度不高，建筑结构借助于各处设置的消能装置，可以有效地维持结构的弹性，从而减少地震的负面影响，控制危害。在发生较大地震时，消能减震装置可以提高结构的变形能力，并与消能减震装置的大阻尼协同作用，减少和吸收大量的地震能量，将其转化为热量并传递到外界，可以显著降低地震冲击。该技术具有以下优点：①）提高了结构的安全性，消能减震装置依靠高，可以吸收、消耗大量的地震能量，有效地保护主体结构不受损伤; ②成本相对较低，具有一定的经济性，同时又符合当前的环境要求。灵活运用各种材料，可以有效地减少设置工程结构所需剪力墙的数量，减少配筋截面;③用途广泛。工厂、办公楼等可以应用，可以发挥理想的效果; ④维修费用相对较低。安装消能减震装置，虽然需要定期维护才能保持良好的性能，但与其他装置相比，维护成本相对较低。

2.4 悬挂隔震

这项技术将地震波从地面阻挡到主体结构，有效地防止了主体结构被地震破坏。它的设备结构几乎全部质量在遇到地震时都悬浮在地面上，建筑结构的上层分离，没有惯性力，能起到很好的隔震效果。这第一项技术一般用于钢结构建筑，多用于大型钢结构建筑。随着技术的发展也可以分为两部分： 主框架和子结构。一般采用悬挂式子結构设计，这时主框架结构和子结构相互分离。如果发生地震，地震波还会冲击悬挂位置，能量会大幅度下降，难以转移到建筑物的主体上，从而减少了震后建筑物的结构可能损失

结束语：

现代民用工程在不断变化以满足人类多样化需求的同时，也应考虑结构的稳定性。结构振动控制技术的出现，解决了许多土木工程结构抗震设计问题，发挥了重要作用。

参考文献

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