土木工程結(jié)構振動控制技術的發(fā)展

陳譚

摘要：建筑業(yè)保持了良好的發(fā)展勢頭。隨著建筑行業(yè)展覽會的快速發(fā)展，配套技術要求也在不斷提高。近年來，地震災害時有發(fā)生，造成極大的破壞，引起人們對結(jié)構抗震性能的重視，相關專家學者也對結(jié)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(jié)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(jié)構振動控制;具體應用;技術分類

1 結(jié)構振動控制技術種類探析

1.1 被動控制

結(jié)構在振動過程中不受外界能量的影響，控制裝置受到結(jié)構振動的影響，其控制也在發(fā)生變化，控制是被動的，稱為無源控制系統(tǒng)技術。這項技術進一步細分為以下幾類： 基礎隔離。根據(jù)建筑物的位置，對建筑物的局部區(qū)域進行地震可能發(fā)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(jié)構穩(wěn)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(diào)諧質(zhì)塊阻尼器。結(jié)構由彈簧和振動系統(tǒng)組成。系統(tǒng)需要外力來驅(qū)動振動。TLD是一種頻率調(diào)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(nèi)的水發(fā)生震動，風荷載、地震等都能觸發(fā)阻尼器工作，箱內(nèi)的液體受外力作用晃動，形成波浪，動壓差隨之產(chǎn)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(qū)域的地面振動進行實時監(jiān)測，利用地面振動儀進行檢測，并將數(shù)據(jù)傳回計算機，由計算機對建筑物的受力和結(jié)構變化進行分析，根據(jù)計算結(jié)果，通過外力來平衡地震力，從而降低建筑物的地震感。根據(jù)這一理論，主動控制無疑是最好的結(jié)構振動控制方法，但從土木工程實踐來看，控制技術的發(fā)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(xiàn)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(tǒng)范疇。

1.3 半主動控制

這種控制系統(tǒng)有很多種。本文選取了兩個典型的系統(tǒng)進行分析： ①變剛度系統(tǒng)，其作用是避免建筑物共振現(xiàn)象，系統(tǒng)起關鍵調(diào)節(jié)作用是液壓元件、剛性支承、梁在元件的調(diào)整中，兩個連接條件發(fā)生變化，共振現(xiàn)象減少。低能耗是系統(tǒng)的一個顯著優(yōu)點，在突然斷電的情況下，系統(tǒng)備用電源可以維持運行3分鐘。該系統(tǒng)可以自由調(diào)節(jié)層間剛度，剛度調(diào)節(jié)就像一個應答開關，只要保證剛度在允許范圍內(nèi)波動，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的剛度不僅可以避免結(jié)構共振，而且可以增加阻尼。②ER 和 MR 系統(tǒng)，隨著系統(tǒng)的調(diào)整，電場和磁場發(fā)生變化，使系統(tǒng)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(zhuǎn)換，沒有伺服控制閥，增強了系統(tǒng)機械部件的可靠性，便于工作人員以后對系統(tǒng)進行維護。

2 振動控制技術簡析

2.1 地基材料

經(jīng)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(jīng)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(jié)構隔震、底部隔震裝置與基礎避震的配合對于提高整體結(jié)構的抗震性能具有重要意義。

2.3 耗能減震

在所述結(jié)構的各層之間的規(guī)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(jié)構借助于各處設置的消能裝置，可以有效地維持結(jié)構的彈性，從而減少地震的負面影響，控制危害。在發(fā)生較大地震時，消能減震裝置可以提高結(jié)構的變形能力，并與消能減震裝置的大阻尼協(xié)同作用，減少和吸收大量的地震能量，將其轉(zhuǎn)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(yōu)點：①）提高了結(jié)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(jié)構不受損傷; ②成本相對較低，具有一定的經(jīng)濟性，同時又符合當前的環(huán)境要求。靈活運用各種材料，可以有效地減少設置工程結(jié)構所需剪力墻的數(shù)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(fā)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(jié)構，有效地防止了主體結(jié)構被地震破壞。它的設備結(jié)構幾乎全部質(zhì)量在遇到地震時都懸浮在地面上，建筑結(jié)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(jié)構建筑，多用于大型鋼結(jié)構建筑。隨著技術的發(fā)展也可以分為兩部分： 主框架和子結(jié)構。一般采用懸掛式子結(jié)構設計，這時主框架結(jié)構和子結(jié)構相互分離。如果發(fā)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(zhuǎn)移到建筑物的主體上，從而減少了震后建筑物的結(jié)構可能損失

結(jié)束語：

現(xiàn)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(jié)構的穩(wěn)定性。結(jié)構振動控制技術的出現(xiàn)，解決了許多土木工程結(jié)構抗震設計問題，發(fā)揮了重要作用。

參考文獻

[1]黃浩宇，張紋韶.不同種類形狀記憶合金在結(jié)構振動控制中的研究現(xiàn)狀[J].振動與沖擊，2019，38（18）：154-164.DOI：10.13465/j.cnki.jvs.2019.18.022.

[2]. 基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂在《結(jié)構振動控制》課程教學中的應用研究[C]//.高等教育現(xiàn)代化的實證研究（二）.，2019：276-281.DOI：10.26914/c.cnkihy.2019.058961.

[3]張立明，牟翠翠.結(jié)構減震控制和耗能減震的研究綜述[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2019（12）：94+96.