土木工程结构减震控制方法的思考

张继顺

摘要：随着社会的不断发展，我国的建筑工程得到了快速的发展。在建筑工程中应该注重对其结构减震功能的设计。本文针对土木工程结构减震控制方法进行了分析，从结构减震中的被动控制、主动控制和半主动控制三个方面进行了土木工程结构减震控制方法的细致研究。

关键词：土木工程；结构减震；控制方法；思考

前言：结构减震是在建筑工程中的某一部分进行的控制装置架设，采用外部干扰形式进行土木工程的结构减震。土木工程结构减震是近些年才兴起的一门学科，在其学科属性构建中包含了综合控制论、计算机、结构震动理论与新材料科学等学科。土木工程结构减震的目的是在借助外部控制的方式下将建筑的抗震功能提升。

一、土木工程结构减震中的被动控制

（一）基础隔震体系构建

基础隔震体系构建是在土木建筑工程的上部结构与基础之间进行的某种隔震消能装置。在隔震消能装置应用下能够减少对地面的震动，在基础隔震体系的构建中注重的是对建筑的减震作用设计。在上世纪90年代德国人J·Bechtdd就已经提出了滚球式隔震基础。在基础隔震技术不断地发展下，土木工程建造中已经将基础隔震技术应用到日常的工程建造中[1]。隔震体系的构建必须要具备三项特性：首先要具有较大的变形能力；其次要具有足够的初始刚度和强度；最后要具有较大的阻尼，同时还应该具有较大的耗能。在基础隔震体系构建中要注重对建筑结构自身的自振频率进行控制，只有这样才能使隔震体系中的阻尼能够对高频度的地震波具有抵御性效果。

（二）耗能减震体系构建

耗能体系构建在土木工程的结构减震中也占据着一定的位置，在实际的土木工程耗能体系构建中常用到的耗能元件有耗能支撑和耗能剪力墙。同时还应该具有耗能阻尼器，耗能阻尼器能够对建筑工程的抗震性能进行有效的提升。阻尼器的应用分为金属屈服阻尼器和摩擦阻尼器，金属阻尼器是借助在软钢或其他的软金属材料上做成的抗震耗能器。在实际应用中能够起到对结构震动进行控制的作用，在控制结构震动中将建筑耗能的稳定性充分的发挥出来。摩擦阻尼器是在元件之间的摩擦后形成的减震耗能应用。在其应用中采用的是摩擦消除外力形式将在结构摩擦中的外力排除，从而达到抗震的目的。

（三）调谐减震系统构建

土木工程的結构减震中也经常运用到调谐减震系统，常用的调谐减震系统TMD、TLD和HMS三种。TMD调谐减震系统应用中注重的是对结构减震中的质量块以及弹簧阻尼器控制[2]。TMD减震控制系统能够对建筑自身的耐压功能提升，在实际的建筑结构减震设计中运用TMD控制建筑自身的结构。实践证明TMD具有很强的建筑减震效果，在TMD减震系统的应用中能够有效的将建筑工程的减震效果发挥出来。例如在美国波士顿的Josh Hancock大楼的建筑抗震体系应用中采用的就是TMD减震系统。TLD建筑减震控制系统是在建筑的结构建造中，选定好其中的某一点作为支撑点进行建筑结构减震设计。在其应用下能够对建筑工程的整体抗震性进行控制，在该减震体系的应用中能够达到很好的减震效果。

二、土木工程结构减震中的主动控制

（一）主动质量阻尼器

主动阻尼器是在建筑减震控制中的关键性控制因素，是由减震控制中的TMD控制系统演变而来的。主动质量阻尼器应用中是借助在建筑结构上安装的传感器来进行建筑的抗震性监测和反应向量分析。在Riccti闭环控制理论影响下，将计算机向量运行状态进行改变，从而利用向量进行控制力应用。最后将电液服务装置进行安装，要控制好附加的质量，将附加质量的控制力施加向结构的偏转中。

（二）主动支撑系统

主动支撑系统是借助在抗侧力构建上进行的设置倾斜支撑，主动支撑系统应用是对电液服务系统进行收缩运动控制。这种减震系统大部分应用于高层建筑中，在高层建筑中安装该支撑系统，用来进行建筑的抗风防震系统构建。在主动控制的算法下将建筑抗震的作动器进行优化控制，要将建筑的优化控制体系进行提升应用。在主动控制技术的应用下能够有效的将外界阻力进行排除。

（三）主动空气动力挡风系统

在主动建筑减震控制中，利用空气动力挡风系统能够有效的将建筑空间中的风力阻隔因素进行排除。在主动控制法的计算应用中能够快速将建筑的结构进行稳定。例如在日本东京的建筑Kyobashi，在89年的近海地震中地震位移的反应减小为60%。在90年受到强台影响，建筑的风震加速度为50%。这些都是由于在安装了主动空气动力挡风系统后起到的作用。在主动减震控制中利用动力挡风系统能够有效的应对地震和台风。

三、土木工程结构减震中的半主动控制

（一）可变刚度控制系统

可变刚度控制系统是借助在可变装置下进行的建筑工程抗震性能弱化，可变刚度控制系统的应用下能够将周期内的特定装置律进行调控。可变刚度控制系统一般是由支撑与受控系统结构间的电液服务系统共同组成的。例如1998年日本的Shizuoka建筑中，在建筑的两边墙体都安装了半导体可控变流量阻尼器，在每一个阻尼器中间都有一个控制液体阀门，在液体阀门的控制应用下能够将建筑的缓冲功能得到提升。在可变阀门的控制应用下能够将建筑的阻尼力增加到1000KN。可变刚度控制系统的应用中能够对建筑中的不同采值进行分析和应用。

（二）可变阻尼控制系统

可变阻尼器控制系统也被称之为ADS控制系统，在可变阻尼控制系统中采用的是大小周期都相同的内调节控制器。在实际应用中由于控制器对外界的感知力不同，因此在实际应用中会出现共振现象，这就需要对建筑的可变阻尼器进行调控和设置，只有让建筑的阻尼控制达到远离共振状态，才能在实际抗震中发挥出减震作用。

（三）可控TDM控制系统

可控TDM系统是在建筑的建造中是借助于原系统上进行的建筑抗震系统应用，在可控TDM控制系统应用中，应该将系统中的不同装置进行有机的整合。在可控TMD控制系统的应用中能够对建筑的实施减震数据进行分析和控制，同时还能够对数据进行及时的调整。在数据的调整中完成了对建筑减震数据的实时调整。例如在美国的MTS公司的大厦Citcorp楼顶层就安装了可控的TMD系统，该大厦高63层，TMD可控监控系统的应用中能够及时的对建筑工程的运行质量进行分析和研究。TMD可控建筑减震系统的应用中是借助在一个重达400t的混凝土块上进行的。

（四）可控液体阻尼器

可控液体阻尼器的应用是在电流变和磁流变技术应用下进行的建筑减震抗压设计。在可控液体阻尼器的应用中能够及时将电场与磁场作用力排除，在极短时间内完成建筑的可变磁场控制。在进行土木工程结构减震的控制中应该采用可变液体阻尼器进行建筑的减震性控制。一般情况下减震控制的应用将直接关系到建筑工程的减震能力，在现在的社会发展中将各种因素的可变控制液体阻尼器应用到建筑的施工建设中，并运用此方法进行建筑工程的结构减震应用。

结语：在实际的土木工程建造中由于受到材料以及环境等各种因素的影响，在实际建造中很难保证建筑工程的抗震性，因此需要在外界因素的控制下进行土木工程的抗震性能提升。结构减震是在土木工程建造中经常运用到的一种抗震方法，在结构设计中将抗震性能进行设计，从而使土木工程的抗震性能得到明显的提升。

参考文献：

[1]张虹宇.试述土木工程结构减震控制方法[J].黑龙江科技信息，2015，12：230.

[2]赵文芳.现代土木工程中结构的减震控制[J].民营科技，2015，07：135.endprint