土木工程結(jié)構(gòu)減震控制方法綜述

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(xiàng)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?；诖耍疚年U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(jìn)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(jìn)行的控制裝置架設(shè)，采用外部干擾形式進(jìn)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(jìn)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(jī)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(jìn)而降低外界震動對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的震動效應(yīng)，進(jìn)而增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提升其安全性能。對其進(jìn)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(jìn)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(jìn)行分析，并對其控制方法進(jìn)行考量，能夠?qū)⑵溆行У目刂品椒ㄟM(jìn)行分類，進(jìn)而實(shí)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(jìn)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(xiàng)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(qiáng)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(yùn)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趯?shí)際的建筑結(jié)構(gòu)減震設(shè)計中運(yùn)用TMD控制建筑自身的結(jié)構(gòu)。實(shí)踐證明TMD具有很強(qiáng)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(diǎn)作為支撐點(diǎn)進(jìn)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(shí)際應(yīng)用中能夠起到對結(jié)構(gòu)震動進(jìn)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(shí)際應(yīng)用中由于控制器對外界的感知力不同，因此在實(shí)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)行調(diào)控。可變剛度控制系統(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(jìn)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(jìn)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(jìn)行有機(jī)的整合。在可控TMD控制系統(tǒng)的應(yīng)用中能夠?qū)ㄖ膶?shí)施減震數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和控制，同時還能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)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(shí)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(yùn)行質(zhì)量進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)向量運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行改變，從而利用向量進(jìn)行控制力應(yīng)用。最后將電液服務(wù)裝置進(jìn)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(jìn)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(jìn)行收縮運(yùn)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(jìn)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(jìn)行優(yōu)化控制，要將建筑的優(yōu)化控制體系進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)用到的一種抗震方法，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中將抗震性能進(jìn)行設(shè)計，從而提升土木工程的抗震性能。在實(shí)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。

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