土木工程结构振动控制的研究现状与展望建筑工程论文
摘 要：近年来，我国土木工程行业发展迅速，且为推动建筑产业的发展做出了较大贡献。为了进一步提高土木工程结构的稳定性和抗震性，文章以土木工程结构的振动控制作为主要研究对象，通过对其概念进行阐述，进而对其研究现状展开了详细的论述和分析，并对其在未来的发展方向予以全面展望。
关键词：土木工程结构；振动控制；主动控制；被动控制
随着地震灾害的频繁发生，传统的基于构件承载与变形能力消耗地震能量的抗震方法已难以适应土木工程的抗震能力的新要求，在此背景下，作为现代控制理论中的重要组成部分，振动控制理论被引入土木工程结构的抗震研究领域当中，较好地提高了工程的稳定性与抗震性。
1 土木工程结构的振动控制概述
土木工程结构的振动控制即，将隔振垫等相关装置或消能支撑和剪力墙等整体构件安置在结构的特定部位，在风火地震的作用下，使整体结构能够得到合理控制并确保结构自身及其内部人员与设备处于安全状态的一种振动控制技术。就现阶段而言，关于土木工程结构振动控制的研究主要包括了被动控制、主动控制和混合控制。
2 主动控制
土木工程结构的主动控制装置包括仪器测量系统以及控制和动力驱动系统，其中，仪器测量系统主要负责对结构的动力响应和外部传达的激励信息进行测量，控制系统负责对仪器测量系统所传递的测量信息进行处理，在实现控制律的同时，输出相应的动力驱动系统指，而动力驱动系统在制定驱动下产生控制力，其所需的能量来源大都由外部能源结构予以攻击，从而经辅助子结构将控制力作用在受控结构处，达到抗振目的。
目前，主动控制主要分为两种类型，首先，是控制力型，其装置主要包括主动质量阻尼系统与支撑系统、主动拉索系统以及气体脉冲发生器和主动空气动力挡风板系统。基于控制力型的主动控制是借助外部能源，当土木工程结构受到激励而产生振动时，向结构施加相应的控制力，促使结构受振动而产生的振动反应能够迅速得到有效控制。
其次，是基于结构性能可变型的主动控制技术，此类主动控制主要利用外界的激励信息和土木工程结构的动力响应对其内部的各类参数进行调节和变更，旨在以较少的能量对控制系统的形态予以改变，从而促使结构动力特性发生变化减轻其振动相应。与基于控制力型的主动控制相比，结构性能可变型控制具有所需外部能量小、系统结构维护要求低和易于实施与成本较低等优势，在控制效果方面也与控制力型的主动控制方法相接近，故此种主动控制技术具有更高的研究、使用和推广价值。磁流与电流变液态阻尼器在结构性能可变型控制中也得到了部分应用，且取得了良好的抗振效果。
3 被动控制
借助相应装置、机构或种子结构对土木工程结构的系统动力响应予以改变，从而促使其具备隔离、调谐以及耗能与吸能减震振功能的控制技术。主要包括了隔振以及耗能减振与吸能减振三种。其中，隔振即将隔振装置安置在建筑物基础与上部结构之间，并利用隔振装置使地震所传递的能量大幅削减，进而使地震对上部结构的作用与隔振部位自身的变形得到良好控制。
在耗能减振方面，主要是通过将阻尼等耗能机构安置在工程的支撑、剪力墙和节点等相关结构处，借助相关耗能机构产生摩擦和弯曲弹塑性滞回变形耗能从而达到对地震能量进行耗散的目的。此种被控控制的原理在于，通过引入耗能机构，从而为土木工程结构提供较大阻尼，当发生地震时，其便产生苏醒屈服与摩擦滑动，从而克服阻尼力做工，对输入结构中振动能进行大幅消耗。
吸能减震则通过将种子结构置于结构当中，促使其振动产生位移，并在位移中使原结构与子结构所产生的振动能得以重新分配，进而减小土木工程整体结构的振动。当前，应用在土木工程结构中的吸能减振装置主要包括调谐液体阻尼器和质量阻尼器、悬挂结构体系以及摆式质量阻尼器和液压质量控制系统，此外，屋面水箱亦可在地震发生时产生相应减振效果，故可将其充当调谐质量阻尼器。
4 混合控制
由主动控制与被动控制结合而成的土木工程结构控制系统兼具主动与被动控制的优点，其借助被动控制对地震向结构施加的振动能量予以耗散，并利用主动控制确保结构控制能够获得良好效果，故具有良好的应用价值。还需说明的是，此种控制方法在土木工程结构中同时施加主动与被动控制，从整体行对其受地震激励作用的相应进行分析，在克服单一被动控制应用局限性的同时，促使控制力得到有效减小，降低了系统对外部控制设备功率和体积的需求，从整体上提高了土木工程结构振动控制系统的`经济性与可靠性。就现阶段而言，土木工程结构的混合控制系统主要包括了基于主动控制与耗能装置相结合的控制系统以及主动控制和基础隔振装置相结合的控制系统。此外，模糊半主动控制策略在智能复合隔振系统系统中实施也较好地提高了土木工程结构的智能化控制水平，通过将被动隔振垫同磁流变液态智能阻尼器进行并联连接，从而使得系统能够有效减小建筑物隔振层位移和各层间的相对位移，具有良好的隔振效果。
5 土木工程结构振动控制展望
结合既有的土木工程结构振动控制技术发展情况，其今后的发展趋势为：（1）以能量回收为基础的土木工程结构振动控制。发生地震时，外界能量供给并不易得到良好保障，从而影响控制系统的应用效果，而以能量回收为基础的结构振动控制则能够较好地解决此类问题，通过引入高校的回收振动能量技术，并融入能量平衡理论，从而获得良好的控制效果。（2）消除地铁、有轨电车等交通设施对土木工程结构的垂直振动影响，此方面研究室三维隔振技术领域的关键技术，对于城市建筑物，需要加大对更为有效的三维隔振装置的研究力度，从而消除相关交通设施对建筑物施加的振动作用。
6 结语
本文通过对土木工程结构的振动控制概念进行简要说明，进而从主动控制、被动控制和混合控制三方面对其结构振动控制的相关技术做出了系统探析，并给出其结构振动控制技术的发展方向。研究结果表明，土木工程的结构振动控制技术对于提高其抗振性与稳定性具有至关重要的作用，未来，还需进一步加强对振动控制技术的研究与应用，从而促使土木工程结构与其内部人员的安全性得以全面提升。
参考文献
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