| （吉林省轻工业设计研究院 建筑结构室 吉林长春 130012） 【摘要】地震危害无穷，面对地震这一 无法逃避的自然灾害，我们唯一能做的就 是减少地震带来的损失。本文在对土木工 程结构减震控制原理简要分析的基础上， 对土木工程结构的减震控制方法进行了较 为详细的阐述，包括被动控制、主动控制、 半主动控制、混合控制、智能控制等五种。 【关键词】土木工程；结构减震；原理； 控制方法 一、土木工程结构减震控制概述 1972 年美籍华裔学者姚治平在现代土 木工程结构的研究基础上，结合现代控制 理论，提出了土木工程结构减震的概念。 从力学的角度来说，要减小地震的影响。 一是需要考虑到的是消震，即直接让 地震不与建筑接触，从现目前的土木结构 来看这种方法还能做到。二是，减小土木 工程结构遭遇地震时的惯性，即通过隔震 的方法来减小结构的惯性力，从而起到减 震的作用。三是在土木工程结构上增加阻 尼，将一些地震产生的力量转移到阻尼上， 减轻结构的负担。四是，人为地加入一些 减震构件，通过构件的塑性变化来消耗一 部分力量以保持结构的稳定性。五是可以 在结构上加入一些与能够自动识别自身频 率的结构，在频率超越合适区域时将力量 向相反的方向释放，从而达到减震目的。 二、土木工程结构减震控制方法分析 从减震控制的力量输入来分，减震防 范可以分为主动控制、被动控制、半主动 控制、混合控制和智能控制这样五类。[1] 1、被动控制 土木工程结构的被动控制是指结构上 装置某种部件或者改变结构本身，从而改 变结构的动力体系。其特点是采用耗能减 震、隔震和吸能减震等方法消耗力量。因 此，被动控制不需要外力协助，也因其构 件简单、造价低、维护方便等优点在现代 土木工程中应用较为广泛。被动控制根据 所采取的减震元件不同又主要分为耗能减 震、基础隔震和调谐减振三种。 耗能减震是应用最为普遍的被动控制 方法之一。耗能部件由支撑部件和耗能元 件或者耗能装置共同构成，称作耗能减震 结构。其中结构耗能减震控制方法是在结 构的某些部位，例如结点、支撑、联结缝、 连接件、剪力墙、相邻建筑间、楼层空间、 主附结构间等装置减震元件，并且通过摩 擦、塑性变化等方式来消耗和吸收来减耗 地震的能量。[2] 通常用到的阻尼器有黏性 液体阻尼器、摩擦阻尼器、金属屈服阻尼器、 黏弹性阻尼器等。 基础隔震则是在上部结构与基础结构 之间装置某种隔震装置，在基础与建筑上 层结构之间建立一个缓冲区，以减小向上 的能量，达到减震的目的。从实际效用来看， 基础隔震主要应用于刚性结构和短期的中 层建筑。并且基础隔震系统只对高频率地 震波较为有效。由此，不适用于城市高层 建筑。 调谐减震主要是借助调谐减震器来减 耗地震的力量。常用的设备系统包括HMS- 液压质量振动控制系统、TLD- 调谐液体 阻尼器、TMD- 调谐质量阻尼器等。其中 TMD- 调谐质量阻尼器应用较为广泛。[3] 它 是由弹簧、阻尼器、质量块构成。其工作 原理主要是利用TMD- 调谐质量阻尼器对 原有的动力特性进行改变。当结构承受剧 烈的振动时，与其发生反作用力以相互抵 消的方式来消耗地震所带来的能量，起到 减震作用。 2、主动控制 主动控制与被动控制相反，主要由作 动器、传感器和控制器三部分组成。其工 作原理是利用外部资源在结构受到冲击时， 通过外控制力的施加或改变结构的动力特 性来迅速减小震动的力量。其中传感器的 作用主要是对外界刺激信息的反馈。控制 器则是对传感器测量的信息并做出相应的 反映，并输出对作动器的指令。 在主动控制中是由作动器直接产生减 震控制力，其力量来源于外部能源，控制 力主要通过其他辅助性的子结构提供。主 动控制是现代控制理论最新的研究成果， 作动器可以连续变化控制力，拥有非常广 泛的控制频率，对外来的刺激具有很强的 适应性，能够根据不同的情况来作出控制 力的变化。常用的主动控制系统有主动支 撑系统、主动质量阻尼器、主动拉锁系统等。 3、半主动控制 AVSD- 变刚度变阻尼系统、AVS- 可变 刚度系统、AVD- 可变阻尼系统、ATMD- 主动调谐参数质量阻尼系统是常见的半主 动控制系统。[4] 它们共同的特点是属于参 数控制，控制的全过程依赖于外部激励以 及土木结构本身所反映出的信息。从而通 过少量的外部能量结合内部参数来达到减 震的效果。由于半主动控制是拥有了主动 控制优点，克服主动控制的弱点。因此， 半主动的推广应用和技术研发成为了当今 以及未来的重要话题。 4、混合控制与智能控制 混合控制，顾名思义是主动控制和被 动控制的结合。即在同一土木工程结构中 采用主动控制和被动控制两种减震控制方 法。因此，混合控制能够充分发挥主动控 制和被动控制的优点并且弥补单一方法应 用的制约与不足。同时，混合控制只需要 小功率的外部控制力就能够起到很好的效 果，其调谐范围更大，抗震系统更稳定、 实用，其安全性也更高。 智能控制则是一种智能的控制方法， 主要是通过精密的计算来调整结构的模型， 其特点是学习能力强、调整逼近能力高。 目前运用得最为广泛的是模糊控制算法和 神经网络控制算法。模糊控制算法主要是 通过控制输入和状态输出的逻辑关系来实 现对结构的调整和控制。神经网络控制法 的特点是自学习和自适应、非线性逼近、 并行分布处理以及数据融合。其采用的建 模、变量处理和系统辨识系统设备主要有 压电材料、电（磁）流变液体、形状记忆 合金、磁（电）致伸缩材料等主动或半主 动智能阻尼器。[5] 三、结语 综上所述，土木工程结构的减震控制 方法众多，也是一项系统复杂的技术。从 目前的控制方法应用来看还不醇熟，从减 震的效果来看已经取得了一定的成就。在 地震日益频发的时代，对土木工程结构的 减震控制方法经济性、实用性、安全性的 研究也越来越重要。未来，减震控制技术 必当会在土木工程中得到更为广泛的应用。 参考文献 [1] 王海建. 土木工程结构减震方法分 析[J]. 门窗，2013，（08）：378 [2] 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， 2011，（13）：76 [3] 麦上荣. 房屋建筑工程防震减震控 制技术[J]. 科技创新导报，2011，（17）： 145 [4] 徐立成，钟心，刘晓群，郑东华. 建 筑结构隔震减震技术的发展与应用[J]. 辽 宁建材，2012，（4）：219 [5] 涂勇. 土木工程结构振动控制研究 方法综述[J]. 工程建设与设计，2011（08）： 64 作者简介：李卓（1987），女，吉林长 春人，汉族，大学本科，吉林省轻工业设 计研究院结构设计方向。 |
| 在线咨询: |
|
| 联系电话: | 18602588568 |
| 投稿邮箱: | bosslunwen@126.com |
| ★诚信★专业★权威★快速★ | |
