土木工程結構減震控制方法的思考

張繼順

摘要：隨著社會的不斷發展，我國的建筑工程得到了快速的發展。在建筑工程中應該注重對其結構減震功能的設計。本文針對土木工程結構減震控制方法進行了分析，從結構減震中的被動控制、主動控制和半主動控制三個方面進行了土木工程結構減震控制方法的細致研究。

關鍵詞：土木工程；結構減震；控制方法；思考

前言：結構減震是在建筑工程中的某一部分進行的控制裝置架設，采用外部干擾形式進行土木工程的結構減震。土木工程結構減震是近些年才興起的一門學科，在其學科屬性構建中包含了綜合控制論、計算機、結構震動理論與新材料科學等學科。土木工程結構減震的目的是在借助外部控制的方式下將建筑的抗震功能提升。

一、土木工程結構減震中的被動控制

（一）基礎隔震體系構建

基礎隔震體系構建是在土木建筑工程的上部結構與基礎之間進行的某種隔震消能裝置。在隔震消能裝置應用下能夠減少對地面的震動，在基礎隔震體系的構建中注重的是對建筑的減震作用設計。在上世紀90年代德國人J·Bechtdd就已經提出了滾球式隔震基礎。在基礎隔震技術不斷地發展下，土木工程建造中已經將基礎隔震技術應用到日常的工程建造中[1]。隔震體系的構建必須要具備三項特性：首先要具有較大的變形能力；其次要具有足夠的初始剛度和強度；最后要具有較大的阻尼，同時還應該具有較大的耗能。在基礎隔震體系構建中要注重對建筑結構自身的自振頻率進行控制，只有這樣才能使隔震體系中的阻尼能夠對高頻度的地震波具有抵御性效果。

（二）耗能減震體系構建

耗能體系構建在土木工程的結構減震中也占據著一定的位置，在實際的土木工程耗能體系構建中常用到的耗能元件有耗能支撐和耗能剪力墻。同時還應該具有耗能阻尼器，耗能阻尼器能夠對建筑工程的抗震性能進行有效的提升。阻尼器的應用分為金屬屈服阻尼器和摩擦阻尼器，金屬阻尼器是借助在軟鋼或其他的軟金屬材料上做成的抗震耗能器。在實際應用中能夠起到對結構震動進行控制的作用，在控制結構震動中將建筑耗能的穩定性充分的發揮出來。摩擦阻尼器是在元件之間的摩擦后形成的減震耗能應用。在其應用中采用的是摩擦消除外力形式將在結構摩擦中的外力排除，從而達到抗震的目的。

（三）調諧減震系統構建

土木工程的結構減震中也經常運用到調諧減震系統，常用的調諧減震系統TMD、TLD和HMS三種。TMD調諧減震系統應用中注重的是對結構減震中的質量塊以及彈簧阻尼器控制[2]。TMD減震控制系統能夠對建筑自身的耐壓功能提升，在實際的建筑結構減震設計中運用TMD控制建筑自身的結構。實踐證明TMD具有很強的建筑減震效果，在TMD減震系統的應用中能夠有效的將建筑工程的減震效果發揮出來。例如在美國波士頓的Josh Hancock大樓的建筑抗震體系應用中采用的就是TMD減震系統。TLD建筑減震控制系統是在建筑的結構建造中，選定好其中的某一點作為支撐點進行建筑結構減震設計。在其應用下能夠對建筑工程的整體抗震性進行控制，在該減震體系的應用中能夠達到很好的減震效果。

二、土木工程結構減震中的主動控制

（一）主動質量阻尼器

主動阻尼器是在建筑減震控制中的關鍵性控制因素，是由減震控制中的TMD控制系統演變而來的。主動質量阻尼器應用中是借助在建筑結構上安裝的傳感器來進行建筑的抗震性監測和反應向量分析。在Riccti閉環控制理論影響下，將計算機向量運行狀態進行改變，從而利用向量進行控制力應用。最后將電液服務裝置進行安裝，要控制好附加的質量，將附加質量的控制力施加向結構的偏轉中。

（二）主動支撐系統

主動支撐系統是借助在抗側力構建上進行的設置傾斜支撐，主動支撐系統應用是對電液服務系統進行收縮運動控制。這種減震系統大部分應用于高層建筑中，在高層建筑中安裝該支撐系統，用來進行建筑的抗風防震系統構建。在主動控制的算法下將建筑抗震的作動器進行優化控制，要將建筑的優化控制體系進行提升應用。在主動控制技術的應用下能夠有效的將外界阻力進行排除。

（三）主動空氣動力擋風系統

在主動建筑減震控制中，利用空氣動力擋風系統能夠有效的將建筑空間中的風力阻隔因素進行排除。在主動控制法的計算應用中能夠快速將建筑的結構進行穩定。例如在日本東京的建筑Kyobashi，在89年的近海地震中地震位移的反應減小為60%。在90年受到強臺影響，建筑的風震加速度為50%。這些都是由于在安裝了主動空氣動力擋風系統后起到的作用。在主動減震控制中利用動力擋風系統能夠有效的應對地震和臺風。

三、土木工程結構減震中的半主動控制

（一）可變剛度控制系統

可變剛度控制系統是借助在可變裝置下進行的建筑工程抗震性能弱化，可變剛度控制系統的應用下能夠將周期內的特定裝置律進行調控。可變剛度控制系統一般是由支撐與受控系統結構間的電液服務系統共同組成的。例如1998年日本的Shizuoka建筑中，在建筑的兩邊墻體都安裝了半導體可控變流量阻尼器，在每一個阻尼器中間都有一個控制液體閥門，在液體閥門的控制應用下能夠將建筑的緩沖功能得到提升。在可變閥門的控制應用下能夠將建筑的阻尼力增加到1000KN。可變剛度控制系統的應用中能夠對建筑中的不同采值進行分析和應用。

（二）可變阻尼控制系統

可變阻尼器控制系統也被稱之為ADS控制系統，在可變阻尼控制系統中采用的是大小周期都相同的內調節控制器。在實際應用中由于控制器對外界的感知力不同，因此在實際應用中會出現共振現象，這就需要對建筑的可變阻尼器進行調控和設置，只有讓建筑的阻尼控制達到遠離共振狀態，才能在實際抗震中發揮出減震作用。

（三）可控TDM控制系統

可控TDM系統是在建筑的建造中是借助于原系統上進行的建筑抗震系統應用，在可控TDM控制系統應用中，應該將系統中的不同裝置進行有機的整合。在可控TMD控制系統的應用中能夠對建筑的實施減震數據進行分析和控制，同時還能夠對數據進行及時的調整。在數據的調整中完成了對建筑減震數據的實時調整。例如在美國的MTS公司的大廈Citcorp樓頂層就安裝了可控的TMD系統，該大廈高63層，TMD可控監控系統的應用中能夠及時的對建筑工程的運行質量進行分析和研究。TMD可控建筑減震系統的應用中是借助在一個重達400t的混凝土塊上進行的。

（四）可控液體阻尼器

可控液體阻尼器的應用是在電流變和磁流變技術應用下進行的建筑減震抗壓設計。在可控液體阻尼器的應用中能夠及時將電場與磁場作用力排除，在極短時間內完成建筑的可變磁場控制。在進行土木工程結構減震的控制中應該采用可變液體阻尼器進行建筑的減震性控制。一般情況下減震控制的應用將直接關系到建筑工程的減震能力，在現在的社會發展中將各種因素的可變控制液體阻尼器應用到建筑的施工建設中，并運用此方法進行建筑工程的結構減震應用。

結語：在實際的土木工程建造中由于受到材料以及環境等各種因素的影響，在實際建造中很難保證建筑工程的抗震性，因此需要在外界因素的控制下進行土木工程的抗震性能提升。結構減震是在土木工程建造中經常運用到的一種抗震方法，在結構設計中將抗震性能進行設計，從而使土木工程的抗震性能得到明顯的提升。

參考文獻：

[1]張虹宇.試述土木工程結構減震控制方法[J].黑龍江科技信息，2015，12：230.

[2]趙文芳.現代土木工程中結構的減震控制[J].民營科技，2015，07：135.endprint