摘要：本文簡要介紹了現(xiàn)代結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)中的被動(dòng)控制。歸納了被動(dòng)控制的種類并給出了今后被動(dòng)控制發(fā)展方向的個(gè)人意見。
　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制論文，被動(dòng)控制論文
　　0引言
　　結(jié)構(gòu)受到外部傳來的荷載：如地震、風(fēng)和海浪等作用，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。對(duì)工程結(jié)構(gòu)本身來說，這些振動(dòng)是非常有害的，它使得結(jié)構(gòu)的壽命縮短;并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，使居住者產(chǎn)生不舒適感，增加維護(hù)的工作量以及增加建筑投資等等。傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系是通過增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的性能來“抗御”地震作用的，即由結(jié)構(gòu)本身儲(chǔ)存和消耗地震能量，以滿足結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防要求。但由于人們尚不能準(zhǔn)確的估計(jì)結(jié)構(gòu)未來可能遭遇的地震的強(qiáng)度和特性，而按傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)其抗震性能不能具備自我調(diào)節(jié)與自我控制的能力，因此在這種不確定性的地震作用下，結(jié)構(gòu)很可能不滿足安全性的要求，而產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，甚至倒塌，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，必須將這些振動(dòng)盡量減小，甚至消除。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制就是在這樣的背景下提出的，并且在進(jìn)過20多年的發(fā)展后，取得了一定的成效。結(jié)構(gòu)控制技術(shù)作為一種積極的結(jié)構(gòu)減振抗災(zāi)對(duì)策，受到了人們的廣泛關(guān)注，并已開始在工程中得到應(yīng)用。所謂結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制是指采用某種措施使結(jié)構(gòu)在動(dòng)力載荷作用下的響應(yīng)不超過某一限量,以滿足工程要求。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制及混合控制。而其中被動(dòng)控制是目前在工程實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛的一種控制方法。本文將對(duì)被動(dòng)控制進(jìn)行一些簡單的介紹。
　　1被動(dòng)控制的概念
　　結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制一般是指在結(jié)構(gòu)的某個(gè)部位附加一個(gè)子系統(tǒng),或?qū)�結(jié)構(gòu)自身的某些構(gòu)件作構(gòu)造上的處理以改變結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力特性。其主要優(yōu)點(diǎn)是：成本低，不消耗外部能量、不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是：對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)力與控制效果不如其他方案。從控制機(jī)理上講，被動(dòng)控制有兩條基本途徑：一通過在結(jié)構(gòu)的特定部位設(shè)置隔振裝置來阻斷建筑結(jié)構(gòu)的能量輸入，直接達(dá)到減振控制的目的，通常稱之為隔振；二是通過附加在結(jié)構(gòu)上的一些耗能阻尼器，如全金屬屈服阻尼器、粘彈性阻尼器、流體阻尼器來耗散能量達(dá)到減振的目的，通常稱之為消能減振被動(dòng)控制。被動(dòng)減振器一般由一個(gè)輔助質(zhì)量構(gòu)成，它借助液壓汽缸與建筑結(jié)構(gòu)彈性連接，并且當(dāng)主質(zhì)量與輔助質(zhì)量之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)置在中間的減振元件起作用。
　　2結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制研究與應(yīng)用論文
　　2.1基底隔震技術(shù)
　　基底隔震技術(shù)是在結(jié)構(gòu)地面以上部分的底部設(shè)置隔離層，使之與固結(jié)于地基中的基礎(chǔ)頂面分隔開，使地震能量傳遞不到主體結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)振動(dòng)的作用。隔震裝置具有可變的水平剛度，在強(qiáng)風(fēng)或微小地震時(shí)，具有足夠的水平剛度，使上部結(jié)構(gòu)水平位移極小，不影響使用要求。在中等強(qiáng)度地震下，其水平剛度較小，上部結(jié)構(gòu)水平滑動(dòng)，使剛性的抗震結(jié)構(gòu)體系變?yōu)槿嵝愿粽鸾Y(jié)構(gòu)體系，其固有自振周期大大延長，遠(yuǎn)離下部結(jié)構(gòu)的自振周期和地面的場(chǎng)地特征周期。從而把地面振動(dòng)有效地隔開，明顯地降低上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。總的來說，隔震裝置必須具備三項(xiàng)特性：1具有較大的變形能力；2具有足夠的初始剛度和強(qiáng)度；3提供較大的阻尼,具有較大的耗能能力。基礎(chǔ)隔震技術(shù)簡單、性能可靠。
　　基礎(chǔ)隔震技術(shù)簡單、性能可靠，能顯著地降低結(jié)構(gòu)的自振頻率，適用于短周期的中低層建筑和剛性結(jié)構(gòu)。但由于隔震僅對(duì)高頻地震波有效，因此對(duì)高層和超高層建筑不太適用，且不適用于風(fēng)振的控制。另外，橡膠隔震墊的老化和耐久性問題，以及隔震效果的定量設(shè)計(jì)問題還有待于進(jìn)一步的研究。
　　2.2耗能減震技術(shù)
　　耗能減震技術(shù)是把結(jié)構(gòu)物的某些非承重構(gòu)件設(shè)計(jì)成耗能桿件，或在結(jié)構(gòu)的某些部位裝設(shè)阻尼器。在風(fēng)或小震作用下，這些消能構(gòu)件或消能裝置具有足夠的初始剛度，處于彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)物仍具有足夠的側(cè)向剛度以滿足使用要求。在強(qiáng)烈地震作用時(shí)，耗能構(gòu)件或裝置率先進(jìn)入非彈性狀態(tài)，從而保護(hù)主體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件免遭破壞。耗能裝置的種類有阻尼器、耗能支撐、耗能墻等。阻尼器的種類有金屬阻尼器、摩擦阻尼器、粘滯阻尼器、粘彈性阻尼器、復(fù)合型阻尼器。耗能支撐的主要形式有偏心耗能支撐、摩擦耗能支撐、圓環(huán)耗能支撐。耗能墻的主要形式有帶堅(jiān)縫耗能墻、水平頂縫耗能墻和阻尼器耗能墻等。耗能減震技術(shù)吸收了傳統(tǒng)的延性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，同時(shí)又克服了延性構(gòu)件損壞后難以修復(fù)的缺點(diǎn)，具有性能穩(wěn)定、技術(shù)條件簡單、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)可靠等優(yōu)點(diǎn)、已在新建工程、建筑抗震加固及震后修復(fù)工程中得到廣泛的應(yīng)用。
　　2.3吸能減震技術(shù)
　　吸能減震技術(shù)是通過附加的子結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)的振動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)移，即使原結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量在原結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)之間重新分配，從而達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。附加的子結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量、剛度和阻尼，因而可以調(diào)整子結(jié)構(gòu)的自振頻率，使其盡量接近主結(jié)構(gòu)的基本頻率或激振頻率。這樣當(dāng)主結(jié)構(gòu)受激勵(lì)而振動(dòng)時(shí)，子結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與主結(jié)構(gòu)振動(dòng)方向相反的慣性力作用在主結(jié)構(gòu)上，使主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)衰減并受到控制。結(jié)構(gòu)被動(dòng)吸能減震控制的裝置主要包括：調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TurnedMassDamper，TMD)、調(diào)諧液體阻尼器(TurnedLiquidDamper，TLD)、擺式質(zhì)量阻尼器、質(zhì)量泵、液體—質(zhì)量振動(dòng)控制系統(tǒng)(HMS)和空氣阻尼器等幾種，其中TMD和TLD應(yīng)用較多。TMD阻尼的作用取決于TMD響應(yīng)滯后于結(jié)構(gòu)響應(yīng)90°相差條件，結(jié)果由TMD傳輸?shù)膹椥粤ψ兂烧硿�力而作用于結(jié)構(gòu)。這個(gè)條件只有當(dāng)TMD頻率被調(diào)諧至結(jié)構(gòu)受控頻率而且外激勵(lì)覆蓋這個(gè)頻率成分時(shí)才發(fā)生。由TMD產(chǎn)生的阻尼起減小主結(jié)構(gòu)位移的作用。TMD利用質(zhì)量塊的慣性，增大結(jié)構(gòu)阻尼進(jìn)行振動(dòng)控制，其簡便易行，且行之有效。對(duì)于TMD應(yīng)盡可能將其設(shè)置于結(jié)構(gòu)振幅最大處以取得最好的效果。
　　3被動(dòng)控制的發(fā)展方向論文
　　從土木工程結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)的發(fā)展來看，在基礎(chǔ)隔震和耗能減震方面的研究較多，并且理論和方法相對(duì)比較成熟，已經(jīng)在很多實(shí)際工程中加以應(yīng)用。我國在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的工程應(yīng)用方面與先進(jìn)國家（如美國、日本等）的差距很大。已安裝控制裝置的建筑物的數(shù)量極其有限，其中又以隔震裝置比較常見。在我國結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制目前多數(shù)應(yīng)用于高聳結(jié)構(gòu)中，但隨著我國高層建筑特別是超高層建筑的發(fā)展，必將給結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制帶來更為廣闊的發(fā)展空間。目前，結(jié)構(gòu)抗震理論正在由確保結(jié)構(gòu)在地震襲擊下的安全性，向確保在地震襲擊下結(jié)構(gòu)功能正常發(fā)揮的方向發(fā)展。結(jié)構(gòu)控制在建筑結(jié)構(gòu)抗震中的地位越來越重要。在今后的發(fā)展道路上將要解決的問題有：1既適用于高頻率的風(fēng)振或小震，又適用于罕遇大震的復(fù)合減震控制系統(tǒng)；2被動(dòng)控制系統(tǒng)與主動(dòng)控制系統(tǒng)等其他控制系統(tǒng)相結(jié)合的混合控制系統(tǒng)；3被動(dòng)控制系統(tǒng)的維護(hù)、保養(yǎng)措施和耐久性能；4統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制規(guī)范。
　　4結(jié)語
　　結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制作為建筑結(jié)構(gòu)的保護(hù)系統(tǒng)，它們應(yīng)是結(jié)構(gòu)本身的有機(jī)組成部分，而不應(yīng)是應(yīng)急措施，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)加以考慮。盡管結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制還有著各種有待解決的問題，但是，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制必將是結(jié)構(gòu)抗震、抗風(fēng)設(shè)計(jì)的新的發(fā)展方向。雖然我國現(xiàn)目前在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的工程實(shí)際應(yīng)用中落后于其他發(fā)達(dá)國家，但是隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及日益強(qiáng)大的綜合國力，追趕上世界先進(jìn)水平的已是指日可待。
　　
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