宋富國

摘要：建筑工程中傳統(tǒng)的防震技術(shù)的作用效果和安全性能十分有限，如果地震發(fā)生，結(jié)構(gòu)無法支持，很有可能破壞嚴(yán)重，甚至帶來極為嚴(yán)重的生命財產(chǎn)損失。因此，建筑工程結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)的研究發(fā)展十分重要。

關(guān)鍵詞：工程結(jié)構(gòu)；控制結(jié)束；現(xiàn)狀；展望

中圖分類號：TU352.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）08-151-01

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類在抵抗各種自然災(zāi)害的問題上也取得了一定的進(jìn)步。然而在偉大的自然面前，人類仍舊渺小，我們需要更加先進(jìn)的技術(shù)和更加完備的設(shè)施來抵抗災(zāi)害的侵襲，傳統(tǒng)的建筑防震技術(shù)的作用效果和安全性能十分有限，如果地震發(fā)生，結(jié)構(gòu)無法支持，很有可能破壞嚴(yán)重，甚至帶來極為嚴(yán)重的生命財產(chǎn)損失。因此，建筑工程結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)的研究發(fā)展十分重要。

1建筑工程結(jié)構(gòu)的減振工作原理

對于消耗能量的減振結(jié)構(gòu)而言，具體是指土木工程結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力裝置，在該裝置內(nèi)部安裝有效能量消耗零部件，進(jìn)而實現(xiàn)減振目的。如果土木工程結(jié)構(gòu)遭遇地震并受到能量侵蝕，能量消耗零部件及其裝置會產(chǎn)生彈塑性，滯回變形，以此來吸收和消耗因地震所帶來的能量，并減小對土木工程結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的影響程度，進(jìn)而實現(xiàn)減振和震動控制的目的。由此可知，減振工作原理與傳統(tǒng)正好相反，這也是技術(shù)領(lǐng)域中的突破性成就。其主要的工程結(jié)構(gòu)振動控制原理。

2結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀

（1）被動控制是通過改變建筑結(jié)構(gòu)自身一些構(gòu)件的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)體系的動力學(xué)特征，或者在結(jié)構(gòu)的某個部位附加一個子系統(tǒng)，來實現(xiàn)減振的目的一種不需要外部能源的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)。由于其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、易于維護(hù)且無需外部能源支持，目前已成為建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計的熱點，許多實際工程中也已經(jīng)廣泛應(yīng)用。被動技術(shù)主要包括基礎(chǔ)隔振技術(shù)和耗能吸能減振技術(shù)。

基礎(chǔ)隔振是在結(jié)構(gòu)的上部與基部之間設(shè)置一種隔振消能裝置的控制技術(shù)，是被動控制的一種，它主要通過減小地震時向地表傳輸?shù)哪芰?，來減小結(jié)構(gòu)的振動?；A(chǔ)隔振能明顯降低結(jié)構(gòu)的自身振動頻率，非常適用于中低層建筑，但由于隔振只對高頻率的地震波有效用，所以對高層建筑并不適用。

吸能減振是通過附加子結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)的振動位移，能量重新分配，從而減小結(jié)構(gòu)振動。耗能減振是在結(jié)構(gòu)體的某些部位，如節(jié)點和支撐部等設(shè)置耗能阻尼機(jī)構(gòu)。繼而通過這種機(jī)構(gòu)對結(jié)構(gòu)施加控制力，快速減小結(jié)構(gòu)振動。耗能減振和吸能減振的裝置主要有摩擦阻尼器、粘性液體阻器、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器、金屬屈服阻尼器、質(zhì)量泵和液壓質(zhì)量控制系統(tǒng)等。

（2）主動控制是一種需要外部能量供給的控制技術(shù)。主動控制裝置通常由傳感器、計算機(jī)、驅(qū)動設(shè)備三部分組成，傳感器用來監(jiān)測外部激勵或結(jié)構(gòu)響應(yīng)，計算機(jī)根據(jù)選擇的控制算法處理監(jiān)測的信息及計算所需的控制力，驅(qū)動設(shè)備根據(jù)計算機(jī)的指令產(chǎn)生需要的控制力。對于控制方式尤其是控制裝置而言，現(xiàn)應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)中的主動控制系統(tǒng)有：

a.主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器是將調(diào)諧質(zhì)量阻尼器與電液伺服助動器連接，構(gòu)成一個有源質(zhì)量阻尼器，因質(zhì)量運(yùn)動所產(chǎn)生的主動控制力和慣性力都能有效地減小結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)。b.主動拉索控制裝置是利用拉索分別連接著伺服機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置，伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的控制力由拉索實施于結(jié)構(gòu)上以減小結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)。c.擋風(fēng)板控制裝置是通過在建筑物頂部設(shè)置可以閉合和張開的擋風(fēng)板，根據(jù)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的變化情況，合理地調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的受風(fēng)面積，利用風(fēng)力本身來控制結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，

（3）混合控制是相對于被動控制和主動控制而言的研究新突破。它將被動控制和主動控制有機(jī)結(jié)合到同一建筑工程中。使二者協(xié)調(diào)起來共同工作。將二者結(jié)合起來看似簡單，實則需要無數(shù)次的嘗試與磨合。此系統(tǒng)充分融合了被動控制系統(tǒng)與主動控制系統(tǒng)的優(yōu)點，既可以通過被動控制系統(tǒng)卸掉震動能，又可以利用主動控制系統(tǒng)來增強(qiáng)控制效果，因此有很好的建筑工程應(yīng)用價值。目前混合控制所用的控制裝置已有許多種類，其迅猛發(fā)展的勢頭銳不可當(dāng)。

（4）結(jié)構(gòu)控制研究中的待解決問題經(jīng)過多年以來的刻苦研究和辛勤實踐。結(jié)構(gòu)的抗震、減振設(shè)計研究取得了飛躍性的成就，也受到了更多各領(lǐng)域科研工作者們的關(guān)注與重視。然而科學(xué)研究不能一蹴而就，科技發(fā)展也并非是朝夕之事。在看似成果斐然的土木工程結(jié)構(gòu)振動控制領(lǐng)域取得的成就背后，仍有許多技術(shù)不成熟之處，這些問題猶待解決，如從控制器設(shè)計角度的建模工程與模型的簡化：如何降低能耗和造價，使工程簡便且不失可靠性和安全心。

3振動控制技術(shù)的展望

近年來建筑工程結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)得到了全面迅猛的發(fā)展，呈現(xiàn)出一派生機(jī)勃勃的發(fā)展勢頭。在今后一段時期內(nèi)，結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢將是被動控制技術(shù)規(guī)范化與實用化和加強(qiáng)對半主動控制和混合控制技術(shù)的實驗研究以及試點工程的研究。盡管在我國目前的建筑建筑工程領(lǐng)域中，結(jié)構(gòu)控制技術(shù)基本上還僅僅應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計之中，但隨著我國高層建筑特別是超高層建筑的飛速發(fā)展，必將給結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)帶來更為廣闊的發(fā)展空間。因此，由于建筑工程結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)自身所具有極為明顯的優(yōu)勢，其未來擁有良好的應(yīng)用前景是毋須置疑。

4結(jié)束語

建筑工程結(jié)構(gòu)振動控制的研究與應(yīng)用有著十分廣闊的廣泛的發(fā)展與應(yīng)用前景，它的研究和發(fā)展將會給建筑工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的抗震、抗風(fēng)等抵抗不可抗力災(zāi)害的建筑設(shè)計帶來一場前所未有的歷史性革命。近年來土木工程結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)的研究與應(yīng)用已取得了長足的發(fā)展與進(jìn)步，我們對建筑工程結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)未來的成就十分期待。