土木工程結(jié)構(gòu)振動控制的研究現(xiàn)狀與展望建筑工程論文

　　摘 要：近年來，我國土木工程行業(yè)發(fā)展迅速，且為推動建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了較大貢獻(xiàn)。為了進(jìn)一步提高土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性，文章以土木工程結(jié)構(gòu)的振動控制作為主要研究對象，通過對其概念進(jìn)行闡述，進(jìn)而對其研究現(xiàn)狀展開了詳細(xì)的論述和分析，并對其在未來的發(fā)展方向予以全面展望。

　　關(guān)鍵詞：土木工程結(jié)構(gòu)；振動控制；主動控制；被動控制

　　隨著地震災(zāi)害的頻繁發(fā)生，傳統(tǒng)的基于構(gòu)件承載與變形能力消耗地震能量的抗震方法已難以適應(yīng)土木工程的抗震能力的新要求，在此背景下，作為現(xiàn)代控制理論中的重要組成部分，振動控制理論被引入土木工程結(jié)構(gòu)的抗震研究領(lǐng)域當(dāng)中，較好地提高了工程的穩(wěn)定性與抗震性。

　　1 土木工程結(jié)構(gòu)的振動控制概述

　　土木工程結(jié)構(gòu)的振動控制即，將隔振墊等相關(guān)裝置或消能支撐和剪力墻等整體構(gòu)件安置在結(jié)構(gòu)的特定部位，在風(fēng)火地震的作用下，使整體結(jié)構(gòu)能夠得到合理控制并確保結(jié)構(gòu)自身及其內(nèi)部人員與設(shè)備處于安全狀態(tài)的一種振動控制技術(shù)。就現(xiàn)階段而言，關(guān)于土木工程結(jié)構(gòu)振動控制的研究主要包括了被動控制、主動控制和混合控制。

　　2 主動控制

　　土木工程結(jié)構(gòu)的主動控制裝置包括儀器測量系統(tǒng)以及控制和動力驅(qū)動系統(tǒng)，其中，儀器測量系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)和外部傳達(dá)的激勵信息進(jìn)行測量，控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對儀器測量系統(tǒng)所傳遞的測量信息進(jìn)行處理，在實(shí)現(xiàn)控制律的同時，輸出相應(yīng)的動力驅(qū)動系統(tǒng)指，而動力驅(qū)動系統(tǒng)在制定驅(qū)動下產(chǎn)生控制力，其所需的能量來源大都由外部能源結(jié)構(gòu)予以攻擊，從而經(jīng)輔助子結(jié)構(gòu)將控制力作用在受控結(jié)構(gòu)處，達(dá)到抗振目的。

　　目前，主動控制主要分為兩種類型，首先，是控制力型，其裝置主要包括主動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)與支撐系統(tǒng)、主動拉索系統(tǒng)以及氣體脈沖發(fā)生器和主動空氣動力擋風(fēng)板系統(tǒng)�；�于控制力型的主動控制是借助外部能源，當(dāng)土木工程結(jié)構(gòu)受到激勵而產(chǎn)生振動時，向結(jié)構(gòu)施加相應(yīng)的控制力，促使結(jié)構(gòu)受振動而產(chǎn)生的振動反應(yīng)能夠迅速得到有效控制。

　　其次，是基于結(jié)構(gòu)性能可變型的主動控制技術(shù)，此類主動控制主要利用外界的激勵信息和土木工程結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)對其內(nèi)部的各類參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)和變更，旨在以較少的能量對控制系統(tǒng)的形態(tài)予以改變，從而促使結(jié)構(gòu)動力特性發(fā)生變化減輕其振動相應(yīng)。與基于控制力型的主動控制相比，結(jié)構(gòu)性能可變型控制具有所需外部能量小、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)維護(hù)要求低和易于實(shí)施與成本較低等優(yōu)勢，在控制效果方面也與控制力型的主動控制方法相接近，故此種主動控制技術(shù)具有更高的研究、使用和推廣價值。磁流與電流變液態(tài)阻尼器在結(jié)構(gòu)性能可變型控制中也得到了部分應(yīng)用，且取得了良好的抗振效果。

　　3 被動控制

　　借助相應(yīng)裝置、機(jī)構(gòu)或種子結(jié)構(gòu)對土木工程結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)動力響應(yīng)予以改變，從而促使其具備隔離、調(diào)諧以及耗能與吸能減震振功能的控制技術(shù)。主要包括了隔振以及耗能減振與吸能減振三種。其中，隔振即將隔振裝置安置在建筑物基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間，并利用隔振裝置使地震所傳遞的能量大幅削減，進(jìn)而使地震對上部結(jié)構(gòu)的作用與隔振部位自身的變形得到良好控制。

　　在耗能減振方面，主要是通過將阻尼等耗能機(jī)構(gòu)安置在工程的支撐、剪力墻和節(jié)點(diǎn)等相關(guān)結(jié)構(gòu)處，借助相關(guān)耗能機(jī)構(gòu)產(chǎn)生摩擦和彎曲彈塑性滯回變形耗能從而達(dá)到對地震能量進(jìn)行耗散的目的。此種被控控制的原理在于，通過引入耗能機(jī)構(gòu)，從而為土木工程結(jié)構(gòu)提供較大阻尼，當(dāng)發(fā)生地震時，其便產(chǎn)生蘇醒屈服與摩擦滑動，從而克服阻尼力做工，對輸入結(jié)構(gòu)中振動能進(jìn)行大幅消耗。

　　吸能減震則通過將種子結(jié)構(gòu)置于結(jié)構(gòu)當(dāng)中，促使其振動產(chǎn)生位移，并在位移中使原結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的振動能得以重新分配，進(jìn)而減小土木工程整體結(jié)構(gòu)的振動。當(dāng)前，應(yīng)用在土木工程結(jié)構(gòu)中的吸能減振裝置主要包括調(diào)諧液體阻尼器和質(zhì)量阻尼器、懸掛結(jié)構(gòu)體系以及擺式質(zhì)量阻尼器和液壓質(zhì)量控制系統(tǒng)，此外，屋面水箱亦可在地震發(fā)生時產(chǎn)生相應(yīng)減振效果，故可將其充當(dāng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。

　　4 混合控制

　　由主動控制與被動控制結(jié)合而成的土木工程結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)兼具主動與被動控制的優(yōu)點(diǎn)，其借助被動控制對地震向結(jié)構(gòu)施加的振動能量予以耗散，并利用主動控制確保結(jié)構(gòu)控制能夠獲得良好效果，故具有良好的應(yīng)用價值。還需說明的是，此種控制方法在土木工程結(jié)構(gòu)中同時施加主動與被動控制，從整體行對其受地震激勵作用的相應(yīng)進(jìn)行分析，在克服單一被動控制應(yīng)用局限性的同時，促使控制力得到有效減小，降低了系統(tǒng)對外部控制設(shè)備功率和體積的需求，從整體上提高了土木工程結(jié)構(gòu)振動控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與可靠性。就現(xiàn)階段而言，土木工程結(jié)構(gòu)的混合控制系統(tǒng)主要包括了基于主動控制與耗能裝置相結(jié)合的控制系統(tǒng)以及主動控制和基礎(chǔ)隔振裝置相結(jié)合的控制系統(tǒng)。此外，模糊半主動控制策略在智能復(fù)合隔振系統(tǒng)系統(tǒng)中實(shí)施也較好地提高了土木工程結(jié)構(gòu)的智能化控制水平，通過將被動隔振墊同磁流變液態(tài)智能阻尼器進(jìn)行并聯(lián)連接，從而使得系統(tǒng)能夠有效減小建筑物隔振層位移和各層間的相對位移，具有良好的隔振效果。

　　5 土木工程結(jié)構(gòu)振動控制展望

　　結(jié)合既有的土木工程結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)發(fā)展情況，其今后的發(fā)展趨勢為：（1）以能量回收為基礎(chǔ)的土木工程結(jié)構(gòu)振動控制。發(fā)生地震時，外界能量供給并不易得到良好保障，從而影響控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果，而以能量回收為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)振動控制則能夠較好地解決此類問題，通過引入高校的回收振動能量技術(shù)，并融入能量平衡理論，從而獲得良好的控制效果。（2）消除地鐵、有軌電車等交通設(shè)施對土木工程結(jié)構(gòu)的垂直振動影響，此方面研究室三維隔振技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，對于城市建筑物，需要加大對更為有效的三維隔振裝置的研究力度，從而消除相關(guān)交通設(shè)施對建筑物施加的振動作用。

　　6 結(jié)語

　　本文通過對土木工程結(jié)構(gòu)的振動控制概念進(jìn)行簡要說明，進(jìn)而從主動控制、被動控制和混合控制三方面對其結(jié)構(gòu)振動控制的相關(guān)技術(shù)做出了系統(tǒng)探析，并給出其結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)的發(fā)展方向。研究結(jié)果表明，土木工程的結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)對于提高其抗振性與穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的作用，未來，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對振動控制技術(shù)的研究與應(yīng)用，從而促使土木工程結(jié)構(gòu)與其內(nèi)部人員的安全性得以全面提升。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 閻維明，周福霖，譚平.土木工程結(jié)構(gòu)振動控制的研究進(jìn)展[J].世界地震工程，2011，02（12）：8-20.

　　[2] 涂勇，陳水生，涂清艷.土木工程結(jié)構(gòu)振動控制研究方法綜述[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2011，08（05）：49-53.

　　[3] 史云峰.論土木工程結(jié)構(gòu)振動控制的研究進(jìn)展[J].民營科技，2012， 06（16）：16.

【土木工程結(jié)構(gòu)振動控制的研究現(xiàn)狀與展望建筑工程論文】相關(guān)文章：

土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測現(xiàn)狀論文10-08

土木工程結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)論文10-09

土木工程成本控制研究論文10-11

微生物制藥最新研究現(xiàn)狀與展望論文10-08

土木工程安全文化現(xiàn)狀與研究論文10-09

淺析建筑工程管理的現(xiàn)狀及控制措施論文10-08

建筑工程項(xiàng)目管理現(xiàn)狀與控制措施論文10-08

建筑工程結(jié)構(gòu)檢測方法及質(zhì)量控制論文10-09

土木工程監(jiān)理程序及控制要點(diǎn)研究論文10-08

建筑工程施工成本控制措施研究論文10-10