关键词：土木工程；结构减震；减震控制
引言
以削弱工程结构振动反应为目的，把具体的一种外力或者某种控制结构又或者某种种子结构作力和设置在工程结构的指定位置，令结构的动力作用和动力情况发生一定的变化，这种目的和运作方式的技术被称为结构减震技术。这个技术的历史并不长，仅发展了三十年左右，属于一种新的工程设计技术，它的理论来源不仅有结构振动理论、计算机科学，还有控制论和新材料科学等学科内容。从更全面和细致的角度来看，结构减震控制技术主要用来削弱和减轻地震、强风和别的动力影响下建筑结构受到的波及，使其更稳定，对外界影响有更好的抵抗力，从而使建筑结构更安全、舒适和适用。
1结构减震控制技术概述
在土木工程建设中，结构减震控制技术能对由地震所形成的振动进行全面建筑结构的隔离。土木工程中的防震体系通常设置于工程结构的底端与基础工程顶部之间，以促使上部结构与基础部分的有效分离。依托隔震体系以对地震波形成的向上冲击力予以隔离,能够使工程结构基本周期得到延长,进一步缓解建筑物的地震反应，促使全面工程加速度向下，依托隔震系统实现对地震所形成的能量的分担，进而达到减震的目的。结合地震反应图谱来看，加速度反应谱与周期呈负相关关系，底层建筑的刚度一般很大，因而周期变短，在发声振动过程中，其获取的加速度很大，通过应用相关手段可以延长工程结构的基本自震周期，使工程结构基频维持在地震引发高能量频段之外，依托这种方式可切实缩减建筑物传输的加速度。
2结构减震控制技术在土木工程中的应用
2.1被动控制在土木工程中的应用
被动控制在土木工程中的应用主要包括三种类型:基础隔震体系、耗能减震体系以及协调减震系统等。其中，基础隔震体系是选取相关隔震消设备安装于上部结构与基础之间，使地震能量向上部的输入实现降低，进而收获上部结构振动降低的成效。基础隔震土木工程中的应用，可显著缩减结构自振频率，适用于短周期的中低层建筑及刚性结构。因为隔震只可对高频地震波发挥作用，所以该项控制技术不适用于高层建筑。对于耗能减震体系而言，耗能剪力墙、耗能支撑等是较为常用的耗能元件，另外，摩擦阻尼器、金属屈服阻尼器及黏弹性阻尼器等则是较为常用的阻尼器。对于协调减震系统而言，应用相对较多的协调减震系统包括有液压质量振动控制系统、调谐质量阻尼器及协调液体阻尼器等。以调谐质量阻尼器为例，其属于一种小型的振动系统，主要由质量块、阻尼器及弹簧等组成。控制结构振动的机制为:调谐质量阻尼器置入原结构体系后，动力性能会出现转变，等到原结构在动力作用下产生距离振动后，因为调谐质量阻尼器质量块产生惯性作用，进而对原结构产生一个反作用力，如此一来，阻尼同样会产生耗能作用。
2.2半主动控制在土木工程中的应用
主动变刚度控制系统和主动变阻尼控制系统是半主动控制在土木工程中频繁出现的内容。主动变阻尼控制系统能够实现在所有的采样周期内，把受控结构的刚度和外荷载频谱特性结合起来，也就实现了能在任意刚度值之间切换的目的，从而在每一采样周期内，受控结构都能够避免陷入共振状态，实现了减震的最终目标，完成这个过程需要用到主动变刚度控制系统。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆相似的，主动变刚度控制系统可以在所有的采样周期内，任意切换获取的阻尼状态，完成减震目标，在这整个过程中，要用到控制装置。很明显，半主动控制技术糅合了主动控制和被动控制的优点，能够根据外界干扰和结构反应的共同反应，去调节工程结构。还需要提到的是，半主动控制技术操作控制设备的能量是来自于电池输出的能量，这就意味着，半主动控制技术避免了主动控制因地震等原因而无法获取能量的缺陷。种种优势的累积，使得可靠、实惠成为半主动控技术制应用控制设备的最大特点，也令半主动控制成为全世界土木工程结构减震控制技术中最常见的部分。
2.3主动控制方法
与被动控制相对应的就是主动控制，这种控制方法的理论基础是现代控制理论，在这种理论的指导下对结构反应或者环境干扰进行实时跟踪和预测，并且在精确的结构模型基础之上使用和决策的最优控制力。这种控制方法通过作动器来对结构施加控制力，从而减小将会有效的抑制结构的动力反应。
主动控制的类型有开环控制和闭环控制两种。对主动控制的研究主要包括两个方面，一是主动控制算法的运用处理，二是主动控制装置的开发与应用。结构主动控制算法依然是使用现代控制理论之中的算法作为依据，然后根据土木工程结构自身的特点而做出一些特殊的处理。目前，广泛使用的主动控制算法有：经典线性主要有最优控制法、瞬时最优控制法、随机最优控制法、极点配置法、预测控制法、滑动模态控制法、模糊控制法以及神经网络控制法。结构主动控制的研究主要涉及到控制理论、随机振动、结构工程、材料科学、机械工程、计算机科学、振动测量、数据处理以及自动控制技术等等，具备一定的综合性。当前，它的研究主要是使用理论分析以及数据模拟分析作为主要方法。虽然主动控制的研究取得了一定的成就，但是主动控制技术并不完全成熟。从现有研究来看，主动控制技术在可行性上还存在一定的限制因素。主要集中表现在四个方面：1）主动控制系统在地震之中运作的问题。日本是一个地震多发的国家，在抵御地震侵袭的同时也积累了很多独到的经验。他们发现在地震之时，很大一部分主动控制系统因为故障而不能正常运作；2）时滞方面的问题。主动控制系统在工作的时候，因为在信号处理、运算、电液伺服等动作都需要相应的时间，因此产生了时间滞后这个不可避免的问题。目前提出了使用通过补偿的方法来使时滞得到有效的改正；3）能量问题。主动控制系统的运作主要是依靠外部能源的输入，而在地震之中确保能源的相对可靠成为值得思考的关键问题；4）设备维护的问题。通常生命线工程的大跨度桥梁的使用寿命是几十年，有的甚至要达到上百年，与此同时，主动控制系统也要在这段时间之内保持功能的完备。如何确保系统的完善，尤其是作为核心构件的计算机，其使用性能的保障工作成为亟待解决的问题之一。
结语
现阶段，结构减震技术的理论研究和应用推广在很多国家都有。作为一门技术门槛和科学门槛都不低的应用科学，结构减震技术的应用为各类建筑的抗震做出了巨大的贡献，使建筑物的适用性和安全性都大幅度提高。我国应重视结构减震技术的发展，把握住未来抗震技术的发展方向，进行更加深入的研究，推动其发展，从而推动土木工程建筑的发展。
参考文献
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论文作者:王玲
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第18期
论文发表时间:2020/3/16
标签：结构论文; 主动论文; 土木工程论文; 技术论文; 控制系统论文; 阻尼论文; 刚度论文; 《科学与技术》2019年第18期论文;