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摘要：文章對(duì)結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的內(nèi)涵特征和方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并在充分說明土木工程中結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)使用情況的基礎(chǔ)上，提出了結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)發(fā)展的建議，以期使人們對(duì)該技術(shù)有更好的理解。

關(guān)鍵詞：土木工程；結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)；應(yīng)用

以削弱工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)為目的，把具體的一種外力或者某種控制結(jié)構(gòu)又或者某種種子結(jié)構(gòu)作力和設(shè)置在工程結(jié)構(gòu)的指定位置，令結(jié)構(gòu)的動(dòng)力作用和動(dòng)力情況發(fā)生一定的變化，這種目的和運(yùn)作方式的技術(shù)被稱為結(jié)構(gòu)減震技術(shù)。這個(gè)技術(shù)的歷史并不長(zhǎng)，僅發(fā)展了三十年左右，屬于一種新的工程設(shè)計(jì)技術(shù)，它的理論來源不僅有結(jié)構(gòu)振動(dòng)理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)，還有控制論和新材料科學(xué)等學(xué)科內(nèi)容。從更全面和細(xì)致的角度來看，結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)主要用來削弱和減輕地震、強(qiáng)風(fēng)和別的動(dòng)力影響下建筑結(jié)構(gòu)受到的波及，使其更穩(wěn)定，對(duì)外界影響有更好的抵抗力，從而使建筑結(jié)構(gòu)更安全、舒適和適用。

1結(jié)構(gòu)減震控制的概念及分類

準(zhǔn)確來講，姚治平是土木工程結(jié)構(gòu)控制概念的創(chuàng)始人，他在1972年寫了一篇論文，題目就是“結(jié)構(gòu)控制的概念”，在隨后的日子里，他的很多文章也闡述了結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的概念。在姚治平看來，結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)使工程安全的維護(hù)有了新的一條路。自此，結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)清晰了起來。到目前為止，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者和實(shí)踐者花了二三十年的時(shí)間去研究和實(shí)踐結(jié)構(gòu)控制的理論、方法，做了許多的實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用，并取得了大量實(shí)打?qū)嵉难芯砍晒?。根?jù)結(jié)構(gòu)減震控制的概念和定義，結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的作用是利用控制機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)中的設(shè)立，分擔(dān)外力帶給建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)影響,使結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)更小，做到外界干擾很大的狀況下，結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)反應(yīng)值都不超過標(biāo)準(zhǔn)。半主動(dòng)控制、主動(dòng)控制和被動(dòng)控制是結(jié)構(gòu)減震控制中的幾大分類，該分類以是否要利用外部能源輸入為標(biāo)準(zhǔn)?？刂屏Φ漠a(chǎn)生不依靠能源的輸入，在進(jìn)行控制時(shí)，不對(duì)外界干擾信息和結(jié)構(gòu)反應(yīng)有過度需求，這種就屬于被動(dòng)控制方法?；A(chǔ)隔震和耗能隔震是被動(dòng)控制方法的主要內(nèi)容。隔震技術(shù)主要通過改變結(jié)構(gòu)頻率實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減震，成為結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)中研究最深入、應(yīng)用范圍最廣和最成熟的部分，在全世界范圍內(nèi)，有很多的隔震建筑已經(jīng)建成并投入使用，橋梁和地鐵工程中也能頻頻看到隔震技術(shù)的身影。

2土木工程中結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的應(yīng)用

2.1半主動(dòng)控制在土木工程中的應(yīng)用

主動(dòng)變剛度控制系統(tǒng)和主動(dòng)變阻尼控制系統(tǒng)是半主動(dòng)控制在土木工程中頻繁出現(xiàn)的內(nèi)容。主動(dòng)變阻尼控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在所有的采樣周期內(nèi)，把受控結(jié)構(gòu)的剛度和外荷載頻譜特性結(jié)合起來，也就實(shí)現(xiàn)了能在任意剛度值之間切換的目的，從而在每一采樣周期內(nèi)，受控結(jié)構(gòu)都能夠避免陷入共振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了減震的最終目標(biāo)，完成這個(gè)過程需要用到主動(dòng)變剛度控制系統(tǒng)。相似的，主動(dòng)變剛度控制系統(tǒng)可以在所有的采樣周期內(nèi)，任意切換獲取的阻尼狀態(tài)，完成減震目標(biāo)，在這整個(gè)過程中，要用到控制裝置。很明顯，半主動(dòng)控制技術(shù)糅合了主動(dòng)控制和被動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)，能夠根據(jù)外界干擾和結(jié)構(gòu)反應(yīng)的共同反應(yīng)，去調(diào)節(jié)工程結(jié)構(gòu)。還需要提到的是，半主動(dòng)控制技術(shù)操作控制設(shè)備的能量是來自于電池輸出的能量，這就意味著，半主動(dòng)控制技術(shù)避免了主動(dòng)控制因地震等原因而無法獲取能量的缺陷。種種優(yōu)勢(shì)的累積，使得可靠、實(shí)惠成為半主動(dòng)控技術(shù)制應(yīng)用控制設(shè)備的最大特點(diǎn)，也令半主動(dòng)控制成為全世界土木工程結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)中最常見的部分。

2.2主動(dòng)控制在土木工程中的應(yīng)用

土木工程中要是出現(xiàn)了主動(dòng)控制的身影，無外乎是閉環(huán)控制系統(tǒng)或開環(huán)控制的應(yīng)用。在閉環(huán)變剛度控制控制系統(tǒng)中，主動(dòng)控制需要在有結(jié)構(gòu)反應(yīng)監(jiān)測(cè)的前提下，才能起作用。這種閉環(huán)控制對(duì)外界干擾的抵抗能力強(qiáng)，且即使在系統(tǒng)元件精度不高的情況下，也有很明顯的控制效果，在土木工程中的應(yīng)用更廣泛。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)環(huán)境干擾的工作是利用直接結(jié)構(gòu)進(jìn)行，在檢測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上獲取和分析控制率。不過，雖然主動(dòng)控制在土木工程中的研究和應(yīng)用有了一些成果，但是該技術(shù)還存在很多不足和進(jìn)步的空間。

2.3被動(dòng)控制在土木工程中的應(yīng)用

要如何判斷土木工程中是否利用了被動(dòng)控制技術(shù)？主要是看工程中有沒有基礎(chǔ)隔震體系、協(xié)調(diào)減震協(xié)調(diào)和耗能減震體系的身影。在基礎(chǔ)隔震體系中，在上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)中間安裝謹(jǐn)慎選擇的隔震消設(shè)備，來削弱往上部傳送的地震能量，從而減低上部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。這種在中部攔截的基礎(chǔ)隔震體系，對(duì)降低結(jié)構(gòu)自振頻率有很明顯的效果，是短周期的剛性結(jié)構(gòu)和中低層建筑的最佳選擇。因?yàn)樵诟哳l地震波出現(xiàn)時(shí)才能起作用，所以該體系對(duì)高層建筑作用不大。協(xié)調(diào)液體阻尼器、液壓質(zhì)量振動(dòng)控制系統(tǒng)和調(diào)諧質(zhì)量阻尼器是協(xié)調(diào)減震系統(tǒng)最重要的幾個(gè)組成部分。比如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，分類上算是小的振動(dòng)系統(tǒng)，由彈簧、質(zhì)量塊和阻尼器構(gòu)成。其工作原理：首先，結(jié)構(gòu)體系中的指定部位裝入調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，用于改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能，如果外界的動(dòng)力沖擊到結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)距離振動(dòng)，那么，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器質(zhì)量塊將產(chǎn)生慣性作用，從而反作用于原結(jié)構(gòu)，達(dá)到減震的目的。

3結(jié)束語

現(xiàn)階段，結(jié)構(gòu)減震技術(shù)的理論研究和應(yīng)用推廣在很多國(guó)家都有。作為一門技術(shù)門檻和科學(xué)門檻都不低的應(yīng)用科學(xué)，結(jié)構(gòu)減震技術(shù)的應(yīng)用為各類建筑的抗震做出了巨大的貢獻(xiàn)，使建筑物的適用性和安全性都大幅度提高。我國(guó)應(yīng)重視結(jié)構(gòu)減震技術(shù)的發(fā)展，把握住未來抗震技術(shù)的發(fā)展方向，進(jìn)行更加深入的研究，推動(dòng)其發(fā)展，從而推動(dòng)土木工程建筑的發(fā)展。

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作者:潘寧 單位:中國(guó)建筑第八工程局有限公司上海分公司