車娜
摘要:隨著我國建筑業(yè)的快速發(fā)展,土木工程結構減震控制技術也有了很大進步。文章通過闡述結構減震控制技術的內涵特征,對結構減震控制技術在土木工程中的應用進行探討,旨在為如何促進結構減震控制技術的有序健康發(fā)展提供一些思路。
關鍵詞:土木工程;結構減震;控制技術
引言
在傳統的土木工程中常常采用結構抗震方法,它利用彈塑性設計來加強結構自身抗震性能,以達到減震效果。當然,這種傳統抗震方法是不具備自我調節(jié)能力的,它的減震結構設計也無法較好滿足工程整體的結構設計與施工策略。所以說,逐漸摒棄傳統技術,采用新技術開展土木工程減震技術應用還是很有必要的。
1結構減震控制技術概述
土木工程中的防震體系通常設置于工程結構的底端與基礎工程頂部之間,以促使上部結構與基礎部分的有效分離。依托隔震體系以對地震波形成的向上沖擊力予以隔離,能夠使工程結構基本周期得到延長,進一步緩解建筑物的地震反應,促使全面工程加速度向下,依托隔震系統實現對地震所形成的能量的分擔,進而達到減震的目的。結合地震反應圖譜來看,加速度反應譜與周期呈負相關關系,底層建筑的剛度一般很大,因而周期變短,在發(fā)聲振動過程中,其獲取的加速度很大,通過應用相關手段可以延長工程結構的基本自震周期,使工程結構基頻維持在地震引發(fā)高能量頻段之外,依托這種方式可切實縮減建筑物傳輸的加速度。
2土木工程減震技術中的土木工程結構振動控制問題
土木工程減震技術中對結構振動的控制效果是基于多重因素展開分析的,例如它的結構特性、環(huán)境作用或控制算法等等。就以控制算法為例,它就涵蓋了對極點的最優(yōu)配置、模糊邏輯、二次型線性最優(yōu)水平或對建筑發(fā)生地震后的位移速度與加速度變量觀測等等。在這些有關土木工程結構振動控制的技術影響下,人們自始至終都希望建立一套統一模型,基于它的控制性能指標來檢驗、評價控制系統中所存在的不同環(huán)境因素,深入探討環(huán)境因素影響下工程結構本身的適用性及有效性問題,所以與結構振動控制體系的相關問題才會被逐一提出并得到發(fā)展。
3結構減震控制技術在土木工程中的應用
3.1被動控制在土木工程中的應用
被動控制在土木工程中的應用主要包括三種類型:基礎隔震體系、耗能減震體系以及協調減震系統等。其中,基礎隔震體系是選取相關隔震消設備安裝于上部結構與基礎之間,使地震能量向上部的輸入實現降低,進而收獲上部結構振動降低的成效?;A隔震土木工程中的應用,可顯著縮減結構自振頻率,適用于短周期的中低層建筑及剛性結構。因為隔震只可對高頻地震波發(fā)揮作用,所以該項控制技術不適用于高層建筑。對于耗能減震體系而言,耗能剪力墻、耗能支撐等是較為常用的耗能元件,另外,摩擦阻尼器、金屬屈服阻尼器及黏彈性阻尼器等則是較為常用的阻尼器。對于協調減震系統而言,應用相對較多的協調減震系統包括有液壓質量振動控制系統、調諧質量阻尼器及協調液體阻尼器等。以調諧質量阻尼器為例,其屬于一種小型的振動系統,主要由質量塊、阻尼器及彈簧等組成??刂平Y構振動的機制為:調諧質量阻尼器置入原結構體系后,動力性能會出現轉變,等到原結構在動力作用下產生距離振動后,因為調諧質量阻尼器質量塊產生慣性作用,進而對原結構產生一個反作用力,如此一來,阻尼同樣會產生耗能作用。
3.2主動控制技術體系
主動控制技術體系充分利用到了外部能源,在考量結構受到激勵振動的過程中對結構施加控制力一改變它的結構動力特性,以達到快速見效結構振動反應的目的。主動控制結合傳感器監(jiān)測結構與實時控制力以改變輸入地震波,在控制振動效果方面要優(yōu)于被動控制。1989年日本所建成的世界上第一幢采用了AMD系統的11層辦公樓京橋成和大廈就主要結合了這種主動控制技術,它對風振與中等地震具有良好的應付能力,其最下方6層都采用了1:4的鋼框架模型頂層設置,配合AMD系統實現了對地震的主動控制過程。
3.3半主動控制方法
介于被動控制和主動控制之間,還存在半主動控制方法,這種方法主要是使用少量外部能量或者是不需要外部能量,還可以通過對控制系統之中結構參數的實時調整來控制結構動力的反應。半主動控制方法既有被動控制系統的可靠性,同時又具備主動控制系統的超強適應性,而且造價比較合適,因此在未來的使用上具有相當廣闊的發(fā)展前途。
半主動控制主要包括兩種類型:主動變剛度控制系統和主動變阻尼控制系統。主動變剛度系統主要是通過主動變剛度控制裝置來使得受控結構的剛度在每一個采樣周期之內依據外荷載的頻譜特性而在不同的剛度值之間進行切換,這樣則可以使得受控結構在每一采樣周期之內都可以遠離共振狀態(tài),實現減振的目的。上世紀末日本就通過實踐證明了半主動控制在中小地震中的突出作用,這種控制顯示出了較好的控制效果。主動變阻尼控制系統則是通過控制裝置來使受控結構的阻尼可以在每一采樣周期之內獲得不同的阻尼狀態(tài)之間來進行切換,從而達到減震的目的。
不難看出,半主動控制方法結合了被動控制結構以及主動控制結構的優(yōu)點,可以依據結構的反應同外界的干擾狀態(tài)來控制結構。這種控制需要由電池提供的能量來操作控制設施,這樣就能夠有效避免主動控制在大地震來臨之時無法辦得到能量支持的劣勢。半自動控制需要的控制設施既經濟又可靠,同時對于維護的要求也不高,綜合以上有點,半主動控制成為當前世界范圍之內廣泛被業(yè)界所接受的土木工程結構減震的控制方法。
4結語
總而言之,結構減震控制技術在土木工程中還有待進一步推廣,相關人員要不斷研究、總結經驗,提高對結構減震控制技術內涵特征的有效認識,推進結構減震控制技術在土木工程中的科學合理應用,進一步促進結構減震控制技術的有序健康發(fā)展。