摘 要：地震災(zāi)害具有突發(fā)性、隨機(jī)性、不可預(yù)測(cè)性、危害性等特點(diǎn)。隨著我國(guó)建筑高度的不斷提高，采用的輕質(zhì)材料也日益增多，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度急劇降低，難以承受突然的地震。結(jié)構(gòu)抗震控制是一種有效的減震方法，它可以提高結(jié)構(gòu)的局部強(qiáng)度和變形能力，降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)，保證結(jié)構(gòu)的抗震性能。

　　引言：在此領(lǐng)域，基礎(chǔ)隔震技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，主要應(yīng)用于橋梁和以剪力變形為主的剛性結(jié)構(gòu)。高層建筑節(jié)能減振技術(shù)的發(fā)展也比較迅速。隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們相信這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)有很大的發(fā)展。結(jié)構(gòu)的有源控制和二代結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制，是以參數(shù)控制為特征的二次結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制，即半有源、智能兩種，在國(guó)內(nèi)尚不多見(jiàn)。這是科技和經(jīng)濟(jì)兩方面的原因。因此，在我國(guó)現(xiàn)階段，被動(dòng)控制技術(shù)的研究、推廣和應(yīng)用仍然是主要的。

　　1.結(jié)構(gòu)減震控制概述

　　結(jié)構(gòu)減震控制是對(duì)建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行局部的強(qiáng)度和變形，從而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能，是一種行之有效的減震措施。在建筑的某些部位安裝某種控制裝置、機(jī)構(gòu)或種子結(jié)構(gòu)，使其在結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，會(huì)受到主動(dòng)或水力的作用，使其減振響應(yīng)變小，在較大的動(dòng)態(tài)荷載作用下控制結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，以改善其穩(wěn)定性，保證其安全。從地震反應(yīng)譜可以看出，加速度隨著時(shí)間的推移而衰減，而低層結(jié)構(gòu)由于剛度大，反應(yīng)不強(qiáng)，在地震作用下加速度也會(huì)增加，如果能將加速度提高到一定程度，將其加速度調(diào)到最優(yōu)的位置，并保持在更高的頻帶之外，就可以有效地減小它的加速度。

　　2.土木工程結(jié)構(gòu)減震的意義及價(jià)值

　　2.1土木工程結(jié)構(gòu)減震是工程安全性的需要

　　經(jīng)過(guò)三十余年的發(fā)展，減震技術(shù)已被越來(lái)越多地運(yùn)用于土木工程領(lǐng)域?，F(xiàn)代民用建筑涉及到橋梁、道路、房屋、廠房、發(fā)射塔等一系列重要的公共設(shè)施，這些都涉及到人們的生命和財(cái)產(chǎn)。隨著現(xiàn)代媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，人們獲得了大量的地震數(shù)據(jù)，尤其是日本的大地震、汶川大地震、智利大地震等一系列的地質(zhì)災(zāi)害，使得建筑的抗震和減震能力得到了極大地提高。

　　2.2土木工程結(jié)構(gòu)減震是確保建筑使用年限的需要

　　一次大規(guī)模的自然災(zāi)害，會(huì)給建筑帶來(lái)很大的影響，它不但會(huì)給房屋的生命和財(cái)產(chǎn)造成無(wú)法彌補(bǔ)的損害，也會(huì)對(duì)建筑本身的壽命造成很大的影響。一般而言，在長(zhǎng)期遭受大風(fēng)等自然氣候條件的影響下，其使用壽命往往比設(shè)計(jì)壽命短，而且在這種情況下，土建工程也存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因而，在土木工程中，減振結(jié)構(gòu)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)提高建筑的使用壽命、保證建筑安全具有十分重要的意義，可以更好地保證建筑的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

　　3.土木工程結(jié)構(gòu)減震控制方法研究現(xiàn)狀

　　3.1土木工程結(jié)構(gòu)減震主動(dòng)控制

　　在土建工程中，主要有主動(dòng)阻尼器、主動(dòng)支撐系統(tǒng)和主動(dòng)拖拽系統(tǒng)。主動(dòng)式控制是指在建筑物發(fā)生劇烈振動(dòng)時(shí)，由外界的能源來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)的輔助動(dòng)力，從而達(dá)到阻尼效果。該控制系統(tǒng)由作動(dòng)器、傳感器、控制器三部分組成，可實(shí)現(xiàn)對(duì)控制力輸出方向的實(shí)時(shí)調(diào)整，保證工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。有源控制技術(shù)包括：開(kāi)環(huán)控制，閉環(huán)控制，開(kāi)環(huán)閉環(huán)控制。

　　3.2土木工程結(jié)構(gòu)減震混合控制

　　將主動(dòng)質(zhì)量減震與調(diào)諧減震、主動(dòng)控制和基礎(chǔ)隔震組合、主動(dòng)控制和消能減震技術(shù)等綜合運(yùn)用到建筑減震控制中。主動(dòng)、被動(dòng)相結(jié)合的復(fù)合控制技術(shù)因其抗震反應(yīng)靈敏、維修方便、成本合理等優(yōu)點(diǎn)而日益成為未來(lái)的施工技術(shù)發(fā)展方向。南京電視塔采用了混合式控制技術(shù)，它可以通過(guò)調(diào)整液面和主動(dòng)粒子阻尼來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的控制，從而達(dá)到了工程應(yīng)用的目的。

　　4.土木工程結(jié)構(gòu)減震的控制方法

　　4.1被動(dòng)控制

　　被動(dòng)式的控制，就是利用減震裝置，降低振動(dòng)的強(qiáng)度，并阻止建筑物內(nèi)部的振動(dòng)傳播。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，維護(hù)方便，無(wú)需外部能源支持的特點(diǎn)。被動(dòng)控制的關(guān)鍵在于利用能量衰減和基礎(chǔ)隔振?；A(chǔ)隔震是在基礎(chǔ)和基礎(chǔ)之間放置水平柔性層，使基礎(chǔ)的橫向振動(dòng)周期變長(zhǎng)，從而減少對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。目前，我國(guó)的基礎(chǔ)隔震技術(shù)主要是研制性能優(yōu)良、成本低廉的減振裝置。二十世紀(jì)70年代末，采用疊層橡膠支撐隔振技術(shù)，從而使基礎(chǔ)隔震技術(shù)得以發(fā)展。在以后的發(fā)展中，經(jīng)常使用的隔震裝置，例如夾層橡膠墊隔震裝置、鉛塞滯變阻尼裝置等。目前，地基隔震技術(shù)已得到了廣泛地應(yīng)用，隔震結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)方法也越來(lái)越完善。從世界各地來(lái)看，許多隔震結(jié)構(gòu)和橋梁項(xiàng)目都已完成，并在實(shí)際地震中起到了良好的緩沖作用。耗能減震是一種耗能構(gòu)件，其基本原理如下：在結(jié)構(gòu)振動(dòng)出現(xiàn)前，耗能構(gòu)件可以在耗能構(gòu)件間進(jìn)行被動(dòng)的前后對(duì)比，或在耗能構(gòu)件間進(jìn)行相對(duì)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使結(jié)構(gòu)振動(dòng)的能量得以消散，進(jìn)而使結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)下降。目前，國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)、開(kāi)發(fā)了金屬屈服阻尼器、摩擦阻尼器、粘彈性阻尼器、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器、復(fù)合消能器等。從一定意義上講，這座大樓的能耗和防震性能都在一定范圍內(nèi)。中國(guó)已經(jīng)建成了幾十座新型的節(jié)能減震被動(dòng)建筑，例如上海明珠電視塔，珠海金山大廈等。

　　4.2主動(dòng)控制

　　結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制就是在結(jié)構(gòu)受激勵(lì)的情況下，利用外部的力量對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行影響，使得結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性發(fā)生改變，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的反應(yīng)迅速下降。在該系統(tǒng)中，有源控制系統(tǒng)包括傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。有源控制按其對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)和外部激勵(lì)的不同，可將其劃分為開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制、開(kāi)閉環(huán)控制。當(dāng)前，結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制仍是以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，而一些算法則根據(jù)其自身的特點(diǎn)進(jìn)行了特殊的處理。目前已有的有源控制有：經(jīng)典線性控制、瞬時(shí)優(yōu)化控制、隨機(jī)優(yōu)化控制、極點(diǎn)配置控制、獨(dú)立模態(tài)控制、極限狀態(tài)控制、自適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制、滑動(dòng)模態(tài)控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。

　　4.3半主動(dòng)控制

　　半有源結(jié)構(gòu)的控制參數(shù)控制主要是通過(guò)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)和動(dòng)態(tài)的改變，使其能夠?qū)崟r(shí)地改變結(jié)構(gòu)的參數(shù)，從而使其響應(yīng)下降。此方案易于實(shí)施，且其控制系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性。半有源結(jié)構(gòu)具有較好的控制性能，但略低于被動(dòng)控制。半主動(dòng)控制因沒(méi)有外界能量的影響而有較好的減震效果。

　　4.4混合控制

　　混合式控制是一種將主動(dòng)和被動(dòng)相結(jié)合的新型控制方法，能充分發(fā)揮主動(dòng)式和被動(dòng)式的優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)的單機(jī)控制方法的缺點(diǎn)和不足，僅需要輸入少量的能量即可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實(shí)用性和安全性得到了極大地改善。

　　4.5智能管理

　　智能控制可以分為采用智能控制算法和智能驅(qū)動(dòng)或智能阻尼裝置類。由于結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈的地震作用下，會(huì)出現(xiàn)非線性的影響，使得結(jié)構(gòu)的承載力和剛度下降，需要進(jìn)行真實(shí)的模型校正。本文提出一種以智能控制為基礎(chǔ)的解決方案。這種算法不需要精確地構(gòu)造，也不需要進(jìn)行復(fù)雜的自適應(yīng)逼近。本文介紹了一種基于模糊控制的智能控制方法。模糊控制的基本原理是利用模糊的狀態(tài)輸出與控制輸入之間的關(guān)系來(lái)進(jìn)行。其次，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。ANN具有良好的非線性近似、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、數(shù)據(jù)融合、平行分布等優(yōu)點(diǎn)。還有一種新型的有源或半有源控制，例如磁流變液，壓電材料，磁滯伸縮材料。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　地震是一種極具破壞性、極具隨機(jī)性和突發(fā)性的自然災(zāi)害，如果預(yù)測(cè)正確，將會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性后果。以往的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)都是以提高其本身的強(qiáng)度和變形來(lái)提高其抗震能力。如何使建筑物能夠承受目前的地震影響，成為抗震設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要課題。在保證整體完整性的前提下，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃苄圆贾?，防止其發(fā)生坍塌，并防止其損壞。采用隔震、耗能、施加外力、調(diào)整結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性等措施來(lái)減少結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，從而確保結(jié)構(gòu)自身的安全。

　　參考文獻(xiàn)： [1]王衛(wèi)勇.淺議結(jié)構(gòu)減震在建筑中的應(yīng)用[J].山西建筑，2012 （19）.

　　[2]邱曉平.土木工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)探討[ J ] .林業(yè)科技情報(bào)， 2013（3）.

　　[3]王海建.土木工程結(jié)構(gòu)減震方法分析[ J ] .門窗，2013，08： 378.

　　[4]劉勇，尹邦信.結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用[ J ] . 山西建筑，2006，13：7-8.

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