土木工程結構振動控制的最佳多重調諧質量阻尼器模型

韓秀龍

【摘? 要】抵抗地殼振動最有效的手段和方式就是指的結構振動控制技術。為了深入的分析和研究土木工程結構的振動控制技術，本文對文獻資料法和描述性研究法進行采用，從而以振動控制技術為研究對象，對土木工程結構振動的多種控制技術進行了詳細地分析，從而對結構振動控制技術在未來的發展前景進行了簡要地探討，希望能為土木工程的施工人員提供振動控制技術方面的參考和幫助。

【關鍵詞】土木工程結構;振動控制技術

土木工程是伴隨著人類社會的發展而發展。隨著科學技術的進步，人類的問題上抵抗各種各樣的自然災害也取得了一定的進展。但是在偉大的自然面前，人類仍然很小。我們需要更多的先進技術和成套設備對災害。傳統的沖擊技術和安全性能的影響非常有限，如果地震發生，無法支撐結構，可能會損害是嚴重的，甚至帶來非常嚴重的生命和財產的損失。作為一種全新的技術措施，振動控制技術能夠減輕與緩和土木工程結構在地震、強大風力、洪水浪潮等動力荷載作用下的振動反應，通過改善和提高工程結構的抗振性能來的延長土木工程結構的疲勞壽命。

1.土木工程結構振動控制的相關內容

對于減振結構來說，主要是土木工程結構的抗側力裝置，通過在這個裝置中裝備相關的零件來促使減振目標的實現。當土木工程結構受到一定破壞的時候，相關的裝置就會具備一定的彈塑性，從而能夠有效的對受到破壞的時候所產生的能量進行消耗以及吸收，同時也能避免對土木工程機構產生巨大的影響，從而能夠滿足減振的要求。

對于土木工程結構振動控制而言，能夠有效的對地震能量進行消耗。近年，有一部分國家已經越來越重視對結構控制的研究，從而在結構層面上添加控制體系，進而能夠促使兩者共同抵抗動荷載。而且，能夠為消耗地震能量帶來一定的幫助。此外，土木工程機構振動控制能夠有效的避免地震、海浪、風等對結構的影響，同時也能促使抗災能力的提高。

2土木工程結構振動控制技術

2.1被動控制技術

“被動控制”的主要工作原理為：經過改變結構的質量M、剛度K以及阻尼C，然后采取耗能、吸振、隔振等方法去降低結構所吸收的能量以實現減振的目的。“被動控制”最大的特點是僅依靠結構和控制系統內部來改變結構的動力特性以達到控制，不需要任何外部能源。此外，還由于“被動控制”具有便于維護、造價低、構造簡易等優勢而被土木工程界廣泛應用。從控制機理角度可將“被動控制”細分為隔振技術、吸振技術、耗能技術等3種。土木工程結構被動控制在一般意義上指的是在結構的某個部位附加一個子系統或是對結構中某些構件的構造進行處理以改變結構體系的一種動力特征。被動控制的構造較為簡單，工程造價也就相對較低。不需要工程提供外部的能源和經濟，非常易于土木工程的實際應用和后期維護。這種控制技術對成本投入的要求較低，無需外界在資金和能源上的支持，并且后期的維護工作易于操作。被動控制技術的種種優點引起了土木工程建設產業的廣泛關注，使其迅速成為了當前土木工程應用開發的熱點。

基礎隔震裝置在上部結構和地質基礎之間設置某種隔震消能裝置的基礎隔震體系，具有足夠的初始剛度、強度和巨大的變形能力，是隸屬于結構被動控制中的一種控制技術。這種被動控制的技術裝置主要通過降低地面振動向上部結構傳輸的動力能量，來達到減緩土木工程結構實際振動幅度和頻率的最終目的。中國對基礎隔震的研究開展得相對較早，在理論研究、技術開發和工程應用者三個方面都有著豐碩的研究成果和成熟的結論體系。隔震技術所采用的材料主要有橡膠墊、金屬涂料滑塊和精選出來的細砂等。

2.2主動控制技術

土木工程結構主動控制采用現代化的科學控制技術，針對由各類原因造成的地殼振動和土木工程結構的振動反應，實施實時性的跟蹤和預測。這種主動控制技術對土木工程結構振動施加一定的壓力和控制力，以此來改變工程結構系統的特性，進而促使工程結構和系統性能同時滿足土木工程結構振動控制的優化準則，是一種以達到降低或抑制土木工程結構振動反應為根本目的的控制技術。主動控制技術在通常的情況下可以簡單地分為開環控制和閉環控制這兩種基本的控制方式。主動開環控制的控制方式是一種直接對土木工程結構系統的擾動輸入進行測量，再根據測量結果中具體的數據和信息綜合出控制規律的控制技術。主動閉環控制的控制方式則是一種通過結構系統的狀態反饋和輸出反饋來對土木工程結構的振動產生一定控制作用的控制技術。

主動控制的技術研究所涉及的范圍很廣，是一門知識交叉型的專業學科，主要研究結構工程、機械工程、材料科學、計算機科學、隨機振動、振動測量、控制理論和自動控制技術等與工程結構振動相關的課題。和被動控制技術相比，主動控制技術的控制效力更為顯著，但是應用于土木工程建設之中的工程造價和設備要求也很高，需要外部提供大量的能源支持和資金支持。這就讓中國學界將研究土木工程結構振動主動控制技術的重點更多地放在了效果仿真的分析、研究和主動控制的算法、裝置等實驗方面。

2.3混合控制技術

混合控制技術，顧名思義，是綜合應用被動控制技術和主動控制技術，使兩種控制方式協調統一，共同作用的一種控制方式。綜合了被動控制和主動控制這兩種控制技術優缺點的混合控制，不僅可以應用被動控制系統來增大對土木工程結構振動能量的大量耗散，還能利用主動控制系統，在節省能源和資金的同時，確保對地殼振動的基本控制效果。最典型的的幾種混合控制裝置有基礎隔震和主動控制相組合的混合控制裝置，耗能減震和主動控制相組合的混合控制裝置，鎮定錨索和錨索系統相組合的混和控制裝置以及AMD和TMD相組合的混合控制裝置等。兼具多種控制方式優點的混合控制技術對振動有著穩定而良好的控制功效，發展前景極為廣闊。

3結構振動控制技術的未來發展

作為一門學科交叉復雜的新興學科，土木工程結構振動控制涉及到了多個領域的知識技術和實踐技能。展望其在未來的發展方向和發展前景，可以總結出以下四點：首先，以對振動能量的控制和回收為基礎和目標的土木工程結構振動控制技術，在不久的將來會發展成為一個炙手可熱的研究新方向。其次，系統發展已經相當成熟的被動控制技術，會朝著規范合理化和科學實用化的方向繼續發展。再次，針對主動控制技術與混合控制技術的科學實驗和分析研究會被研究人員逐漸重視和加強。最后，振動控制技術的研究學科會很快就會開始研究和建立起專門研究土木工程結構振動耗能構建的力學模型。

4結束語

就當前中國的土木工程建設來說，雖然有一些土木工程已經開始采用被動控制、主動控制或混合控制等控制技術，但振動控制技術在大多數土木工程的建設過程中并沒有得到廣泛的應用。但這也為振動控制技術留些了巨大的發展空間。在不久的將來，土木工程結構振動控制這門學科的建設和發展會越來越成熟。

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