土木工程結構振動控制的研究現狀與展望

柏卓辰 羅森

摘 要：隨著我國經濟的發展和社會主義現代化建設的完善，土木工程業在我國國民經濟發展中占據主導地位。但近些年地震頻繁發生給世界各國人民帶來了無法估計的損失和傷害。因此，土木工程振動控制這項最新科研成果有效的減輕地震災害，更好的保障建筑物的穩定性和安全性。進而土木工程振動控制這項研究成果受到了社會各界的廣泛關注，這不僅僅是科技的進步還是人們生活的基本保障。

關鍵詞：土木工程；結構振動控制；研究現狀；發展前景

伴隨著我國經濟的迅猛發展和人們收入水平的提高，高層建筑越來越多的應用到城市現代化建設當中。但是由于近些年來地震災害的頻繁發生，給世界各國人民帶來無法挽回的損失和巨大的傷害。因此，加強建筑物結構的抗震性和防震性能成為當今社會良性發展的關鍵所在。土木工程結構振動控制不僅可以有效抵御地震作用，吸收地震能量還能夠阻止地震能量向上傳遞，更好的保護人身安全和財產安全。本文從土木工程結構振動控制入手，深入探究了被動控制、主動控制、智能控制、混合控制的基本特點和原理，進而分析預測了土木工程結構振動控制的發展前景和發展趨勢。

1 土木工程結構振動控制

土木工程結構振動控制這項研究成果，是通過準確的計算和精密的研究對土木工程結構中某一特殊位置進行改造，促使建筑物結構可以達到抗震、防震、減震等理想效果。例如安裝隔音墊裝置、加入消能支撐和消能剪力墻、調整結構的動力特性以及利用外部能量輸入施加外力等方式，使結構物可以在動力響應下得到合理有效的控制，進而確保結構本身以及結構的人員儀器設備的安全。

1.1 被動控制

被動控制具有操作方法簡單，節省造價，性能安全可靠等優勢，便于更換和修復。通過對土木工程結構中的動力響應有效控制，進而達到預期的耗能減振、隔振、吸能減振的效果。

1.1.1 耗能減振

通過利用支撐和剪刀墻等方式在土木結構特定部位中設置耗能機構，利用耗能機構的摩擦性、彎曲性以及黏彈性進而消耗和吸收地震能量。為了避免建筑物倒塌事故的發生，要盡量減小主體結構對地震的反應。因此，耗能減振為土木結構物提供了較強的阻尼，在地震發生過程中由于摩擦和克服阻尼做工，從而消耗大量輸入到結構中的震動能，達到防震的目的。

1.1.2 隔振

隔振根據系統需求的不同分為基礎隔振和層間隔振。基礎隔振通過使用房屋結構和基礎相互隔離分開的方式，在通過設置在基礎和上部結構之間的隔振裝置對地震發生過程中產生的能量進行消耗。普遍使用的隔振器材有橡膠支座、滑動支座以及彈塑性支座。層間隔振是利用隔振裝置對地震產生的能量進行消耗和擴散，通過在建筑物樓板和層柱之間配備隔振裝置。

1.1.3 吸能減震

吸能減震的方式是通過在土木結構某一特定位置上設置某種子結構，進而在發生位移的過程中使子結構重新分配能量，達到減小結構振動的目的。

1.2 主動控制

主動控制要輔助與其他能量達到預期的控制效果，雖然主動控制在技術操作方面較為復雜，花費資金較大，維修和保護難度較大，但是其抗震減振性能更為穩定?？煞譃榭刂屏π秃桶胫鲃涌刂菩蛢煞N。

1.2.1 控制力型

當建筑物結構受到外部因素影響產生強烈振動時，控制力型會依托于其他能源的支撐對建筑物結構施加控制力，降低建筑物的振動反應達到抗震防震效果。

1.2.2 半主動控制

半主動控制即結構性能可變型，在結構動力的基礎上優化配置結構內部的參數，當受到外部因素影響時依靠較少能量就能改變控制系統形態，進而達到良好的防震效果降低動力響應。半主動控制與控制力型相比具有更大經濟實用性能和可操作性。因此，半主動控制被廣泛推廣和研發。

1.3 混合控制

所謂混合控制，是在主動控制和被動控制有機結合下研發出來。具有智能控制和被動控制的雙重優點，不僅可以通過利用被動控制消耗振動能量的方式來達到減振效果，還可以通過利用主動控制更好的保證動力響應下的控制效果。

1.4 智能控制

智能控制是采用智能化的控制方法對動力響應進行控制，通過優化內部結構配置的方式，進而在改變建筑物結構性能的同時快速減小地震產生的能量，削弱振動反應效率。還可以通過智能化材料的方法來減少震能，分為感知材料和驅動材料兩種。

2 土木工程結構振動控制前景展望

土木工程結構振動控制是多種學科相交叉的新興學科，不僅運用到國際先進計算機理論以及前沿的結構振動理論，還會通過自身不斷的發展和改革研發出更多有利于人民和社會服務的科研成果，例如可以加大對地震的研究工作，通過分析和探討其成因以及類型等多方面的理論，進而研發出更符合社會發展需求的防震防災害裝置。還有可以通過對地震能量的削弱和擴散進而基于能量回收的研究，將消耗擴散的能量有效的回收在利用，通過不斷的實踐和研究進而保證地震發生時外界能量的供給。最后，智能控制、混合控制、半主動控制是今后土木結構振動控制發展的方向。

3 結語

綜上所述，本文通過從土木工程結構振動控制入手，深入探究了被動控制、主動控制、智能控制、混合控制的基本特點和原理，進而分析預測了土木工程結構振動控制的發展前景和發展趨勢。進而更加充分說明了土木工程結構振動控制在我國乃至世界社會發展的重要性，不僅可以有效抵御地震作用，吸收地震能量還能夠阻止地震能量向上傳遞，更好的保護人身安全和財產安全。

參考文獻

[1] 閻維明，周福霖，譚平.土木工程結構振動控制的研究進展[J].世界地震工程，1997，02.

[2] 孫樹民.土木工程結構振動控制技術的發展[J].噪聲與振動控制，2001，01.

[3] 趙鑫.土木工程結構振動的模糊控制算法研究[D].武漢理工大學， 2006.

[4] 汪權.建筑結構振動控制理論與計算方法研究[D].合肥工業大學， 2010.

[5] 劉方，鄒向陽，趙萬里，朱坤，王曉鵬.土木工程結構振動控制的概況與新進展[J].長春工程學院學報（自然科學版），2007，03.