工程結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)研究

史雄波

摘要：發(fā)展振動控制技術(shù)并有效發(fā)展在建筑結(jié)構(gòu)工程中具有避免發(fā)生天災(zāi)并保證人民生命財產(chǎn)的重大意義，是保證所有主體結(jié)構(gòu)工程能夠穩(wěn)定用于生產(chǎn)生活的必備條件?；诶碚搶嵺`研究，本文對控制主體建構(gòu)震動的技術(shù)進(jìn)行簡略分析，望大家能夠多提寶貴意見。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)工程;振動縮減;結(jié)構(gòu)抗震;

1建筑結(jié)構(gòu)振動控制的科研狀態(tài)

1.1客觀控制

這種技術(shù)可以通過改變結(jié)構(gòu)中某些構(gòu)件的實際結(jié)構(gòu)或改變系統(tǒng)的動態(tài)特性，在結(jié)構(gòu)中加入子系統(tǒng)等來達(dá)到減振的目的技術(shù)不需要外部能源支持。通常，被動式控制結(jié)構(gòu)比較簡單，總體成本不高，維護(hù)也很方便。基于其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，同時也被證明具有一定的抗震性能，已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的熱點，并被廣泛應(yīng)用于各類工程中。對于被動技術(shù)，根據(jù)目前的發(fā)展?fàn)顩r，可分為基礎(chǔ)隔震和能量吸收兩大類。

1.2主觀控制

主動控制比較復(fù)雜，成本較高，通常難以維護(hù)。然而，在現(xiàn)代高層建筑工程中，采用主動控制技術(shù)，實際的振動控制效果更好?，F(xiàn)代主動控制還采用了一些前沿技術(shù)，可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)振動的實時跟蹤和對未來振動的科學(xué)預(yù)測，有利于進(jìn)一步完善結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化抗震性能。細(xì)分技術(shù)有兩種：①控制力類型：由主動索、支撐系統(tǒng)、阻尼系統(tǒng)、防風(fēng)罩系統(tǒng)等組成，當(dāng)遇到結(jié)構(gòu)振動時，利用外部能量對目標(biāo)建筑結(jié)構(gòu)施加控制力，利用傳感器將采集到的信息輸入計算機(jī)進(jìn)行計算，得到所需的控制力，然后利用外部能量函數(shù)施加控制力來減小結(jié)構(gòu)振動。② 半主動控制方式采用參數(shù)控制方式，利用小功率能量根據(jù)實際需要調(diào)整結(jié)構(gòu)動力參數(shù)，有效降低結(jié)構(gòu)振動。

1.3主客觀結(jié)合控制

可以理解為主動和被動融合控制。這種控制方式的設(shè)計比較繁瑣。要使二者共同發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，必須經(jīng)過多次嘗試和運行。在日本，許多建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計都采用這種方法。在設(shè)計中，為了保證科學(xué)的應(yīng)用，需要調(diào)查震情，勘探地質(zhì)條件，盡量充分了解相關(guān)信息，并進(jìn)一步優(yōu)化控制系統(tǒng)，才能起到良好的抗震作用。雖然是主被動技術(shù)的結(jié)合，融合了兩種控制技術(shù)的優(yōu)點，但成本也大幅增加，國內(nèi)應(yīng)用較少。

2對振動控制粗略分析

2.1基本材料的簡要分析

實踐證明，在工程建設(shè)中遇到不同的地震反應(yīng)時，不同的基礎(chǔ)材料會產(chǎn)生不同的響應(yīng)。因此，研究地基材料對抗震性能的影響具有十分重要的意義。在工程中，可以利用一些具有抗震性能的材料來處理地基，這樣可以減少地震反應(yīng)，有效地減少建筑物的地震。為了提高建筑物的抗震能力，有使用粘土和砂土進(jìn)行墊層施工的案例，也有使用糯米做墊層的相應(yīng)研究。經(jīng)過大量的研究和論證，證明瀝青材料具有良好的隔震效果。

2.2基本隔震

做好基本隔震工作是減少地震波對建筑物的破壞的重要手段。研究證實，在施工中，如果設(shè)置基本隔震和上部結(jié)構(gòu)隔震，底部隔震裝置將發(fā)揮更大的作用，基本隔震對提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能具有重要意義。

2.3消能

在地震級別不高的情況下，建筑結(jié)構(gòu)可以借助隨處設(shè)置的消能裝置，有效地保持結(jié)構(gòu)的彈性狀態(tài)，從而減少地震的負(fù)面影響，控制危害。當(dāng)發(fā)生高烈度地震時，消能裝置能增加結(jié)構(gòu)的變形程度，配合消能裝置的大阻尼，減少和吸收大量的地震能量，將其轉(zhuǎn)化為熱能并向外界傳遞，可以大大降低地震的影響。該技術(shù)具有以下優(yōu)點：1）提高了結(jié)構(gòu)的安全性，消能裝置的可靠性高，能吸收和消耗相當(dāng)大的地震能量，有效地保護(hù)主體結(jié)構(gòu)不受破壞;2）造價較低，具有一定的經(jīng)濟(jì)性，也符合當(dāng)前環(huán)保要求。該裝置采用柔性材料，可有效減少工程結(jié)構(gòu)所需剪力墻的數(shù)量，減少配筋截面。廠房、辦公樓等均可應(yīng)用，能起到理想的效果;④維修成本相對較低。雖然安裝消能減震裝置也需要定期維護(hù)才能保持良好的性能，但與其他裝置相比，維護(hù)費用處于較低水平。

2.4懸空防震

該技術(shù)能阻斷地震波從地面向主體結(jié)構(gòu)的傳播，有效地防止主體結(jié)構(gòu)受到地震的破壞。幾乎所有設(shè)備結(jié)構(gòu)的質(zhì)量都懸浮在地面上。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，建筑結(jié)構(gòu)的上層會被分離，不會產(chǎn)生慣性力，可以起到很好的隔震效果。這種技術(shù)普遍應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)建筑中，更廣泛應(yīng)用于大型鋼結(jié)構(gòu)建筑中。隨著技術(shù)的發(fā)展，它可以分為兩部分：主框架和子結(jié)構(gòu)。一般采用懸掛式底座設(shè)計，主框架結(jié)構(gòu)與底座分離。如果發(fā)生地震，當(dāng)?shù)卣鸩_擊懸掛位置時，能量會明顯下降，很難轉(zhuǎn)移到建筑物主體上，從而減少地震后建筑物結(jié)構(gòu)可能造成的損失。

3建筑結(jié)構(gòu)工程有效振動急需處理的難點

目前，國內(nèi)外對結(jié)構(gòu)振動控制進(jìn)行了大量的相關(guān)研究，在抗震減振設(shè)計方面取得了新的突破和質(zhì)的飛躍。越來越多的研究者開始關(guān)注這一領(lǐng)域的研究。然而，科學(xué)研究是一個循序漸進(jìn)的過程，技術(shù)跨越難以脫離發(fā)展規(guī)律。在結(jié)構(gòu)振動控制領(lǐng)域取得的一些看似輝煌的成就，也可能存在一些不成熟的地方，還有許多問題需要解決。例如，在控制器的設(shè)計上，我們需要進(jìn)一步簡化建模工程和模型;探索如何進(jìn)一步降低能耗和總成本，使建筑在良好性能的基礎(chǔ)上簡化工程;注意各種外界因素對結(jié)構(gòu)振動的影響，提高振動控制的耐久性和建筑結(jié)構(gòu)的安全性;嘗試與其他學(xué)科的技術(shù)成果相結(jié)合，使結(jié)構(gòu)振動控制智能化。

4混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計方法

在建筑結(jié)構(gòu)施工過程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本身具有很大的自重，特別是建筑物高度與建筑物底部柱軸力成正比關(guān)系。延性對不同的建筑構(gòu)件有一定的要求。如果層高是已經(jīng)制定的，為了使構(gòu)件的延性得到再高度的提升，通常會適當(dāng)調(diào)整軸壓比，但必須要控制在一定的可承受值內(nèi)，以免在地震烈度較高時，容易引起剪切破壞，導(dǎo)致建筑主體失穩(wěn)而發(fā)生坍塌。所以，必須對其加強加固設(shè)計好每一項參數(shù)。（1） 選用螺旋復(fù)合箍筋。為了保持柱的抗剪承載力，在強柱和弱梁的極限條件下設(shè)計了柱端的抗彎承載力。短柱在強剪弱彎流程不可能發(fā)生剪切破壞。通過復(fù)合螺旋箍筋，可以再次提高柱的沖切承載力，提高短柱的抗震性能。（2） 使用拆分列。與抗剪性能相比，短柱具有較強的抗彎承載力，但在地震突來時，通常在抗彎承載力尚未出現(xiàn)的情況下，由于地震引起的剪力作用已經(jīng)形成很大的破壞。因此，可以適當(dāng)降低短柱的抗彎承載力，以保證其與抗剪強度相一致，從而使短柱在地震發(fā)生時能更好地保證抗彎屈服效果。為了提高構(gòu)件的抗震效果和強度，節(jié)點通常沿豎向柱設(shè)計，并將柱體分離。在柱腿之間的鋼筋中設(shè)置連接鍵，進(jìn)一步提高構(gòu)件的抗震效果和強度。連接鍵通常使用摩擦阻尼器、隔板和貫穿間隙。

5結(jié)語結(jié)

綜上所述，所有建筑主體的抗震設(shè)計工作關(guān)系到人民群眾的生命財產(chǎn)安全，因此全社會應(yīng)給予建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計工作高度的重視，深入分析它的結(jié)構(gòu)工程特點及它本身的抗震風(fēng)險成因，加強建筑工程主體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原則的把握，加重關(guān)注建筑抗震設(shè)計的所有潛在風(fēng)險，并且運用各種抗震設(shè)計方法，快速提高所有新時代建筑產(chǎn)物的抗震能力，有效控制所有建筑結(jié)構(gòu)主體地震之后所發(fā)生的危害，保護(hù)所有人的生命財產(chǎn)和社會財產(chǎn)的安全。

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