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        土木工程結(jié)構(gòu)減震控制方法綜述

        2018-07-09 05:12:56王淼
        裝飾裝修天地 2018年12期
        關(guān)鍵詞:土木工程控制原理

        王淼

        摘 要:地震災(zāi)害具有突發(fā)性、不可控性以及危害性大等特征,與此同時土木工程項目中的輕質(zhì)建筑材料應(yīng)用程度逐漸提升,其建筑主體的剛度也大幅降低,對于地震的抵抗能力也被削弱,通過結(jié)構(gòu)減震控制能夠通過減小主體結(jié)構(gòu)在地震中的結(jié)構(gòu)震動情況,有效提升建筑主體結(jié)構(gòu)的抗震能力,以提升防御地震災(zāi)害的能力?;诖?,本文闡述了土木工程結(jié)構(gòu)減震控制原理,對土木工程結(jié)構(gòu)減震中的被動控制、主動控制以及半主動控制進行了論述分析。

        關(guān)鍵詞:土木工程;結(jié)構(gòu)減震;控制;原理;方法

        1 前言

        土木工程結(jié)構(gòu)減震的目的是在借助外部控制的方式下,提升建筑抗震功能。結(jié)構(gòu)減震是在建筑工程中的某一部分進行的控制裝置架設(shè),采用外部干擾形式進行土木工程的結(jié)構(gòu)減震。以下就土木工程結(jié)構(gòu)減震控制方法進行探討。

        2 土木工程結(jié)構(gòu)減震控制原理的分析

        土木工程結(jié)構(gòu)減震控制主要是通過對建筑結(jié)構(gòu)的某些特定位置安裝減震控制裝置或者機構(gòu),在建筑結(jié)構(gòu)遇到外界震動時,便通過對結(jié)構(gòu)自身施加外力的方式來抵御外界產(chǎn)生的作用力,進而降低外界震動對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的震動效應(yīng),進而增強建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,提升其安全性能。對其進行減震控制主要需要考量以下幾個因素:其一,減少建筑結(jié)構(gòu)在震動過程中產(chǎn)生的慣性作用;其二,在建筑結(jié)構(gòu)中增加阻尼結(jié)構(gòu),將震動作用力向阻尼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移,減少結(jié)構(gòu)自身的震動動力荷載負(fù)擔(dān);其三,人為增加減震構(gòu)件,人工構(gòu)件能夠在自身的變形過程中消耗震動賦予建筑結(jié)構(gòu)的能量,進而降低其對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞作用等。通過對其控制原理進行分析,并對其控制方法進行考量,能夠?qū)⑵溆行У目刂品椒ㄟM行分類,進而實現(xiàn)科學(xué)應(yīng)用。

        3 土木工程結(jié)構(gòu)減震中的被動控制方法

        3.1 合理構(gòu)建基礎(chǔ)隔震體系

        基礎(chǔ)隔震體系構(gòu)建是在土木建筑工程的上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間進行的某種隔震消能裝置。在隔震消能裝置應(yīng)用下能夠減少對地面的震動,在基礎(chǔ)隔震體系的構(gòu)建中注重的是對建筑的減震作用設(shè)計。在基礎(chǔ)隔震技術(shù)不斷地發(fā)展下,土木工程建造中已經(jīng)將基礎(chǔ)隔震技術(shù)應(yīng)用到日常的工程建造中。隔震體系的構(gòu)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(yīng)該具有較大的耗能。

        3.2 合理構(gòu)建調(diào)諧減震系統(tǒng)

        土木工程的結(jié)構(gòu)減震中也經(jīng)常運用到調(diào)諧減震系統(tǒng),常用的調(diào)諧減震系統(tǒng)TMD、TLD和HMS三種。TMD調(diào)諧減震系統(tǒng)應(yīng)用中注重的是對結(jié)構(gòu)減震中的質(zhì)量塊以及彈簧阻尼器控制。TMD減震控制系統(tǒng)能夠?qū)ㄖ陨淼哪蛪汗δ芴嵘?,在實際的建筑結(jié)構(gòu)減震設(shè)計中運用TMD控制建筑自身的結(jié)構(gòu)。實踐證明TMD具有很強的建筑減震效果,在TMD減震系統(tǒng)的應(yīng)用中能夠有效的將建筑工程的減震效果發(fā)揮出來。TLD建筑減震控制系統(tǒng)是在建筑的結(jié)構(gòu)建造中,選定好其中的某一點作為支撐點進行建筑結(jié)構(gòu)減震設(shè)計。在其應(yīng)用下能夠?qū)ㄖこ痰恼w抗震性進行控制,在該減震體系的應(yīng)用中能夠達(dá)到很好的減震效果。

        3.3 合理構(gòu)建耗能減震體系

        耗能體系構(gòu)建在土木工程的結(jié)構(gòu)減震中也占據(jù)著一定的位置,在實際的土木工程耗能體系構(gòu)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(yīng)該具有耗能阻尼器,耗能阻尼器能夠?qū)ㄖこ痰目拐鹦阅苓M行有效的提升。阻尼器的應(yīng)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(yīng)用中能夠起到對結(jié)構(gòu)震動進行控制的作用,在控制結(jié)構(gòu)震動中將建筑耗能的穩(wěn)定性充分的發(fā)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(yīng)用。在其應(yīng)用中采用的是摩擦消除外力形式將在結(jié)構(gòu)摩擦中的外力排除,從而達(dá)到抗震的目的。

        4 土木工程結(jié)構(gòu)減震中的半主動控制方法

        4.1 可變阻尼控制系統(tǒng)

        可變阻尼器控制系統(tǒng)也被稱之為ADS控制系統(tǒng),在可變阻尼控制系統(tǒng)中采用的是大小周期都相同的內(nèi)調(diào)節(jié)控制器。在實際應(yīng)用中由于控制器對外界的感知力不同,因此在實際應(yīng)用中會出現(xiàn)共振現(xiàn)象,這就需要對建筑的可變阻尼器進行調(diào)控和設(shè)置,只有讓建筑的阻尼控制達(dá)到遠(yuǎn)離共振狀態(tài),才能在實際抗震中發(fā)揮出減震作用。

        4.2 可變剛度控制系統(tǒng)

        可變剛度控制系統(tǒng)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(tǒng)的應(yīng)用下能夠?qū)⒅芷趦?nèi)的特定裝置律進行調(diào)控??勺儎偠瓤刂葡到y(tǒng)一般是由支撐與受控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)間的電液服務(wù)系統(tǒng)共同組成的。例如某建筑的兩邊墻體都安裝了半導(dǎo)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(yīng)用下能夠?qū)⒔ㄖ木彌_功能得到提升。在可變閥門的控制應(yīng)用下能夠?qū)⒔ㄖ淖枘崃υ黾拥?000KN??勺儎偠瓤刂葡到y(tǒng)的應(yīng)用中能夠?qū)ㄖ械牟煌芍颠M行分析和應(yīng)用。

        4.3 可控TDM控制系統(tǒng)

        可控TDM系統(tǒng)是在建筑的建造中是借助于原系統(tǒng)上進行的建筑抗震系統(tǒng)應(yīng)用,在可控TDM控制系統(tǒng)應(yīng)用中,應(yīng)該將系統(tǒng)中的不同裝置進行有機的整合。在可控TMD控制系統(tǒng)的應(yīng)用中能夠?qū)ㄖ膶嵤p震數(shù)據(jù)進行分析和控制,同時還能夠?qū)?shù)據(jù)進行及時的調(diào)整。在數(shù)據(jù)的調(diào)整中完成了對建筑減震數(shù)據(jù)的實時調(diào)整。例如某大廈樓頂層就安裝了可控的TMD系統(tǒng),TMD可控監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用中能夠及時的對建筑工程的運行質(zhì)量進行分析和研究。TMD可控建筑減震系統(tǒng)的應(yīng)用中是借助在一個重達(dá)400t的混凝土塊上進行的。

        4.4 可控液體阻尼器

        可控液體阻尼器的應(yīng)用是在電流變和磁流變技術(shù)應(yīng)用下進行的建筑減震抗壓設(shè)計。在可控液體阻尼器的應(yīng)用中能夠及時將電場與磁場作用力排除,在極短時間內(nèi)完成建筑的可變磁場控制。在進行土木工程結(jié)構(gòu)減震的控制中應(yīng)該采用可變液體阻尼器進行建筑的減震性控制。

        5 土木工程結(jié)構(gòu)減震中的主動控制方法

        5.1 主動質(zhì)量阻尼器

        主動阻尼器是在建筑減震控制中的關(guān)鍵性控制因素,是由減震控制中的TMD控制系統(tǒng)演變而來的。主動質(zhì)量阻尼器應(yīng)用中是借助在建筑結(jié)構(gòu)上安裝的傳感器來進行建筑的抗震性監(jiān)測和反應(yīng)向量分析。在Riccti閉環(huán)控制理論影響下,將計算機向量運行狀態(tài)進行改變,從而利用向量進行控制力應(yīng)用。最后將電液服務(wù)裝置進行安裝,要控制好附加的質(zhì)量,將附加質(zhì)量的控制力施加向結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)中。

        5.2 主動支撐系統(tǒng)

        主動支撐系統(tǒng)是借助在抗側(cè)力構(gòu)建上進行的設(shè)置傾斜支撐,主動支撐系統(tǒng)應(yīng)用是對電液服務(wù)系統(tǒng)進行收縮運動控制。這種減震系統(tǒng)大部分應(yīng)用于高層建筑中,在高層建筑中安裝該支撐系統(tǒng),用來進行建筑的抗風(fēng)防震系統(tǒng)構(gòu)建。在主動控制的算法下將建筑抗震的作動器進行優(yōu)化控制,要將建筑的優(yōu)化控制體系進行提升應(yīng)用。在主動控制技術(shù)的應(yīng)用下能夠有效的將外界阻力進行排除。

        5.3 主動空氣動力擋風(fēng)系統(tǒng)

        在主動建筑減震控制中,利用空氣動力擋風(fēng)系統(tǒng)能夠有效的將建筑空間中的風(fēng)力阻隔因素進行排除。在主動控制法的計算應(yīng)用中能夠快速將建筑的結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)定。在主動減震控制中利用動力擋風(fēng)系統(tǒng)能夠有效的應(yīng)對地震和臺風(fēng)。

        6 結(jié)束語

        綜上所述,結(jié)構(gòu)減震是在土木工程建造中經(jīng)常運用到的一種抗震方法,在結(jié)構(gòu)設(shè)計中將抗震性能進行設(shè)計,從而提升土木工程的抗震性能。在實際的土木工程建造中由于受到材料以及環(huán)境等各種因素的影響很難保證建筑工程的抗震性,因此需要在外界因素的影響下提升土木工程的抗震性能。

        參考文獻:

        [1] 張虹宇.試述土木工程結(jié)構(gòu)減震控制方法[J].黑龍江科技信息,2015(12).

        [2] 趙文芳.現(xiàn)代土木工程中結(jié)構(gòu)的減震控制[J].民營科技,2015(7).

        [3] 張國軍等.調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減震控制的研究發(fā)展趨勢[J].上海師范大學(xué)學(xué)報,2017(2).

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