土木工程結構振動控制技術的發展

陳譚

摘要：建筑業保持了良好的發展勢頭。隨著建筑行業展覽會的快速發展，配套技術要求也在不斷提高。近年來，地震災害時有發生，造成極大的破壞，引起人們對結構抗震性能的重視，相關專家學者也對結構的振動控制進行了研究，并取得了一些積極的成果。加強結構振動控制研究，是提高建筑物抗震性能、減少地震危害的一項重要工作，應引起足夠的重視。

關鍵詞：結構振動控制;具體應用;技術分類

1 結構振動控制技術種類探析

1.1 被動控制

結構在振動過程中不受外界能量的影響，控制裝置受到結構振動的影響，其控制也在發生變化，控制是被動的，稱為無源控制系統技術。這項技術進一步細分為以下幾類： 基礎隔離。根據建筑物的位置，對建筑物的局部區域進行地震可能發生的震級、深埋在地基下的控制機制、地震傳播路徑、阻擋層、中斷向上傳遞的振動、上部結構穩定、對建筑物的地震破壞較少等分析，基礎隔震常用的材料有疊層橡膠、滾珠等，隔震技術在民用建筑中的應用還有許多其他基礎;。TMD和 TLD是常見的被動控制調諧質塊阻尼器。結構由彈簧和振動系統組成。系統需要外力來驅動振動。TLD是一種頻率調制式液體阻尼器，水箱是該裝置的主要組成部分，外力會使水箱內的水發生震動，風荷載、地震等都能觸發阻尼器工作，箱內的液體受外力作用晃動，形成波浪，動壓差隨之產生，液體運動過程中伴隨著慣性力兩種力相互作用，達到平衡的減振效果。

1.2 主動控制

該技術要求對工程實施區域的地面振動進行實時監測，利用地面振動儀進行檢測，并將數據傳回計算機，由計算機對建筑物的受力和結構變化進行分析，根據計算結果，通過外力來平衡地震力，從而降低建筑物的地震感。根據這一理論，主動控制無疑是最好的結構振動控制方法，但從土木工程實踐來看，控制技術的發展需要消耗大量的資源，不適合在工程建設中使用，但在保護方面對現有設備有顯著的保護作用，AMD、ATS 及 ABS 等都屬于主動控制系統范疇。

1.3 半主動控制

這種控制系統有很多種。本文選取了兩個典型的系統進行分析： ①變剛度系統，其作用是避免建筑物共振現象，系統起關鍵調節作用是液壓元件、剛性支承、梁在元件的調整中，兩個連接條件發生變化，共振現象減少。低能耗是系統的一個顯著優點，在突然斷電的情況下，系統備用電源可以維持運行3分鐘。該系統可以自由調節層間剛度，剛度調節就像一個應答開關，只要保證剛度在允許范圍內波動，調節系統的剛度不僅可以避免結構共振，而且可以增加阻尼。②ER 和 MR 系統，隨著系統的調整，電場和磁場發生變化，使系統中的流量變化成為自由落體，流體在固體、半固體和液體之間自由轉換，沒有伺服控制閥，增強了系統機械部件的可靠性，便于工作人員以后對系統進行維護。

2 振動控制技術簡析

2.1 地基材料

經過實踐研究證實，在工程建設中，不同的地基材料在地震中相遇時，地震波的反應是不同的。因此，研究地基材料的地震效應對地震反應的影響具有重要意義。在工程中，一些具有抗震性能的材料可以用來處理地基，可以減小地震波的反應，有效地降低建筑物的地震感覺。為了提高建筑物的抗震能力，采用了粘性材料，也有土砂墊層施工的實例，并進行了相應的粘性墊層的研究，經過大量的研究和論證，證明了瀝青材料具有良好的隔震效果。

2.2 基礎隔震

當遇到地震波時，基地首先與它接觸，然后將它傳送到主樓。地基避震是減少地震波對建筑物危害的重要手段。研究表明，在施工過程中，基礎隔震、上部結構隔震、底部隔震裝置與基礎避震的配合對于提高整體結構的抗震性能具有重要意義。

2.3 耗能減震

在所述結構的各層之間的規劃位置設置有一些消能裝置。當遇到地震時，地震烈度不高，建筑結構借助于各處設置的消能裝置，可以有效地維持結構的彈性，從而減少地震的負面影響，控制危害。在發生較大地震時，消能減震裝置可以提高結構的變形能力，并與消能減震裝置的大阻尼協同作用，減少和吸收大量的地震能量，將其轉化為熱量并傳遞到外界，可以顯著降低地震沖擊。該技術具有以下優點：①）提高了結構的安全性，消能減震裝置依靠高，可以吸收、消耗大量的地震能量，有效地保護主體結構不受損傷; ②成本相對較低，具有一定的經濟性，同時又符合當前的環境要求。靈活運用各種材料，可以有效地減少設置工程結構所需剪力墻的數量，減少配筋截面;③用途廣泛。工廠、辦公樓等可以應用，可以發揮理想的效果; ④維修費用相對較低。安裝消能減震裝置，雖然需要定期維護才能保持良好的性能，但與其他裝置相比，維護成本相對較低。

2.4 懸掛隔震

這項技術將地震波從地面阻擋到主體結構，有效地防止了主體結構被地震破壞。它的設備結構幾乎全部質量在遇到地震時都懸浮在地面上，建筑結構的上層分離，沒有慣性力，能起到很好的隔震效果。這第一項技術一般用于鋼結構建筑，多用于大型鋼結構建筑。隨著技術的發展也可以分為兩部分： 主框架和子結構。一般采用懸掛式子結構設計，這時主框架結構和子結構相互分離。如果發生地震，地震波還會沖擊懸掛位置，能量會大幅度下降，難以轉移到建筑物的主體上，從而減少了震后建筑物的結構可能損失

結束語：

現代民用工程在不斷變化以滿足人類多樣化需求的同時，也應考慮結構的穩定性。結構振動控制技術的出現，解決了許多土木工程結構抗震設計問題，發揮了重要作用。

參考文獻

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