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土木工程结构减震控制方法综述王兴宇

发表时间：2020/6/19 来源：《基层建设》2020年第6期作者：王兴宇

[导读] 摘要：建筑结构设计中最关键的设计内容是减震设计，近年来，我国地震灾害频繁发生，对建筑减震设计的兴趣提高。

        身份证号码：14062119850414xxxx 河北石家庄 050000
        摘要：建筑结构设计中最关键的设计内容是减震设计，近年来，我国地震灾害频繁发生，对建筑减震设计的兴趣提高。要减轻地震造成的灾害，必须了解建设工程所在地区的现场勘探和具体地质情况，通过科学的减震技术进一步加强建筑物的稳定性，以便在地震发生时有效地确保整个建筑物的安全。基于此，本文对建筑设计中土木工程结构相关减震措施进行研究，希望可以为相关工作学者提供一定的借鉴。
        关键词：土木工程；结构减震；控制技术
        前言
        当今世界上大多数国家都在技术和结构方面开展减震研究来应用和推广这项技术。因此，结构地震控制技术通常可以在应用科学和技术科学中看到，这项技术采用缓冲控制技术进行结构设计达到了减震加固效果并且节约了建筑物的总成本。
        1隔震控制技术的基本原理
        结构阻尼控制就是说将控制器结构或者原始结构安装在建筑结构的特定部分中。当结构振动时，从而主动触发液压物体的振动使之被动地施加外力以改变结构的动态效果或调节其动态特性，并有效降低结构的振动响应。最终目的是使用一系列控制方法来降低建筑结构对地震高动态载荷的响应，提高建筑结构的稳定性和安全性，减少地震造成的危害，保护在地震中受灾的人们。通常，我们可以看到加速度会随着周期的增加而逐渐减小。由于高层的建筑物的刚度大，所以地震发生周期相对较短，不过加速度相对较大，会导致超出良好的定位周期，而结构的基本频率也将扩展结构的基本持续时间增加到适合测量的范围，最后只留下具有高地震能量的频率范围，这样就可以有效降低地震进入建筑物的速度，从而进行疏散人群措施。
        2建筑设计土木工程结构减震设计分析
        当进行建筑构建的时候，减震设计跟隔震设计一样具有较好的实际的应用性能。当我们在现实中设计的时候，要作出一些的假设去进行充分的实验，使用多种的消震还有减震的措施。在开展隔震设计工作的时候，要是以前并没有把一些设计理念去投入到现实生活中的构建方面，也没有把一定的隔震设施应用到到规定的位置，一般隔震设计的效果没有预想的好。
        3土木工程结构减震控制方法
        3.1主动控制
        结构的主动控制原理上是利用外力改变结构在控制力以及振动期间的动态特性，从而达到迅速降低结构的振动响应的目的。主动控制系统主要由三部分组成：传感器、控制器和执行器。其中传感器的作用是测量产生结构响应和外部刺激的信息。控制器的作用是处理由传感器测量的信息以获得所需的控制律，其输出是由驱动器来控制的，驱动器产生控制，所需要的能量由外部电源供应，并且控制功率偶尔也会由两个子结构控制。因此，主动控制可以应用到现代商业和其他技术研究中。通过主动控制，驱动器的控制功率可以连续变化，具有非常宽的控制频率，从而可以在各个领域广泛运用，实现各种控制效果。目前，常用的主动控制系统装置包括主动质量阻尼器、主动支撑系统以及主动雷击系统。
        3.2半主动控制
        简单来说，半激活控制是一个控制参数。它的控制过程完全基于阻尼参数信息和结构刚度在外部驱动结构反应后实时产生的一种略微变化能量结构反应。半主动控制器不需要大量外部电源来直接提供驱动动力，而使用控制器的驱动器则需要实时调整功率来使用结构振动，但是由于会相对速度或相对应力，导致完全失去了最佳主动控制力。可是如果采用半主动控制，它具有手动控制、简单控制和主动控制等优势，解决了主动控制所需的大范围功率以及有限的控制参数范围的问题。因此，在较大的研究领域方面得到了广泛的应用。传统的半主动控制系统是SBS系统，即可变刚度Amorting系统，并且在AVD(可变Amorting系统)中，阻尼质量(包括ATMD)在系统的刚度变量(AVS)和有源系统参数中都存在。
        3.3被动控制
        手动控制技术包括三个技术方面：即基本绝缘、可调阻尼和技术阻尼的能量吸收。

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显而易见，手动控制技术不是基于外部能源，而是需要借助使用产生振动能量的绝缘减震器。手动控制不仅设计简单，其维护和结构也不复杂，而且与外部电源相比，需要的成本很低。1985年至1999年，日本建造了700多座采用基本绝缘技术的房屋，在长距离桥梁中使用手动控制和调节阻尼技术，从而增强了抗风和抗冲击的能力。
        3.4混合控制
        混合控制包括结构的有源质量衰减和可调阻尼、主动控制和基本绝缘的组合以及主动控制技术和能量吸收三大方面。混合控制把主动控制技术和手动控制有效地结合起来。混合控制具有有效反应地震、维护方便以及成本低等优点，因此它正逐步向土木工程结构的新方向发展。如我国建立了与风相关的振动特性的混合控制技术已成功应用于南京电视塔的建设中，主动阻尼系统得到有效控制，提升了混合控制技术的价值。
        4减震控制要点
        4.1原结构地震反应分析
        对建筑物的结构进行抗震加固，需要分析建筑物原有结构的地震反应。如办公楼项目，地震要塞的初始强度为7度，而在提高抗震标准的办公楼中，我们需要改进原始设计的设计，安装地震要塞之后力量可以达到8度。在实际工作中，首先要进行原始结构的地震分析。分析结果显示原来的办公室结构属于8度抗震范围。虽然符合地震标准，但加固可以极大的降低地震速率，但下端不加固的话依然不符合抗震速率标准。我国抗震速率包括层间剪切力、层间剪切角和剪切强度，其抗震标准如下表：
        根据中国地震结构设计指南可知，小地震之间结构的偏移角为1/550。办公室计算结构级别的偏移角度需要与参考值相匹配。但是，由于办公楼建设时间比较长，根据地震设防标准，可能不符合某些地震框架负荷能力和项目办公室的标准，需要定向进行加固刚度的处理。
        4.2阻尼器设置
        在能量分散技术中，需要调整寄存器。通过选择适当的寄存器来确保能耗影响。同时，阻尼器的正确放置会直接影响建筑结构的抗震性能。需要按照粘滞阻尼器目标控制的方法选择和安排办公室，在设计减震器能耗结构的过程中，设置各种参数，尤其是速度指标、阻尼系数、阻尼器的最高性能等。接下来，根据阻尼器选择合适的阻尼器，如果阻尼系数在该项目中是恒定的，随着速度指数变低，阻尼器的阻尼效果就变得更加重要了。因此，在实际工作中，需要选择较小的速度指标，这样的话，如果速度改变，则在计算数值最大时更容易获得阻尼力。当速度超过最大估计值时，阻尼力略微增加就可以基本上保持恒定。过大的阻尼力不会影响耦合点和轴承系统，这就表现了结构设计的抗震特征。
        4.3悬挂隔震设计
        悬挂隔震这种设计可以减小地震波，减小地震波对于建筑造成的危害，避免建筑物的主体收到伤害。悬挂隔震装置一般都是悬挂在地面上面的，当发生了地震以后，因为建筑结构的上层已经被分离出来了，也就不会有惯性力产生，这样就完成了隔震的目的。可是悬挂隔震装置在实际生活中的使用范围并不是特别多，一般情况下都是在钢结构的建筑物中去使用，特别是大型的钢结构是特别容易使用的。要是有地震来袭，地震波到悬挂隔震装置的时候，地震的能量已经被减小了，也就减小了对建筑物形成的伤害。
        结语
        地震灾害的特点是突发性、不可预测性和相当大的破坏性。随着建筑物结构高度的增加，刚度的降低，虽然降低了抗震建筑的难度，但是导致了这些建筑难以抵抗突发性的地震。结构阻尼控制结构主要是通过减少建筑物的振动和提高建筑物某些部件的强度来改善建筑物的抗震性能的。这是预防和减轻自然灾害影响的有效方法。
        参考文献
        [1]侯伟.土木工程结构减震控制方法[J].城市建设理论研究：电子版，2015.
        [2]熊仲明，韦俊，权吉柱等.古建筑殿堂型结构耗能减震性能的有限元分析研究[J].振动与冲击，2015（12）.
        [3]张虹宇.试述土木工程结构减震控制方法[J].科学技术创新，2015（12）.
        [4]吴从晓，周云，邓雪松等.高位转换粘滞阻尼减震结构阻尼器合理阻尼系数研究[J].振动与冲击，2014（3）.