土木工程结构振动控制的研究现状与展望

柏卓辰 罗森

摘 要：随着我国经济的发展和社会主义现代化建设的完善，土木工程业在我国国民经济发展中占据主导地位。但近些年地震频繁发生给世界各国人民带来了无法估计的损失和伤害。因此，土木工程振动控制这项最新科研成果有效的减轻地震灾害，更好的保障建筑物的稳定性和安全性。进而土木工程振动控制这项研究成果受到了社会各界的广泛关注，这不仅仅是科技的进步还是人们生活的基本保障。

关键词：土木工程；结构振动控制；研究现状；发展前景

伴随着我国经济的迅猛发展和人们收入水平的提高，高层建筑越来越多的应用到城市现代化建设当中。但是由于近些年来地震灾害的频繁发生，给世界各国人民带来无法挽回的损失和巨大的伤害。因此，加强建筑物结构的抗震性和防震性能成为当今社会良性发展的关键所在。土木工程结构振动控制不仅可以有效抵御地震作用，吸收地震能量还能够阻止地震能量向上传递，更好的保护人身安全和财产安全。本文从土木工程结构振动控制入手，深入探究了被动控制、主动控制、智能控制、混合控制的基本特点和原理，进而分析预测了土木工程结构振动控制的发展前景和发展趋势。

1 土木工程结构振动控制

土木工程结构振动控制这项研究成果，是通过准确的计算和精密的研究对土木工程结构中某一特殊位置进行改造，促使建筑物结构可以达到抗震、防震、减震等理想效果。例如安装隔音垫装置、加入消能支撑和消能剪力墙、调整结构的动力特性以及利用外部能量输入施加外力等方式，使结构物可以在动力响应下得到合理有效的控制，进而确保结构本身以及结构的人员仪器设备的安全。

1.1 被动控制

被动控制具有操作方法简单，节省造价，性能安全可靠等优势，便于更换和修复。通过对土木工程结构中的动力响应有效控制，进而达到预期的耗能减振、隔振、吸能减振的效果。

1.1.1 耗能减振

通过利用支撑和剪刀墙等方式在土木结构特定部位中设置耗能机构，利用耗能机构的摩擦性、弯曲性以及黏弹性进而消耗和吸收地震能量。为了避免建筑物倒塌事故的发生，要尽量减小主体结构对地震的反应。因此，耗能减振为土木结构物提供了较强的阻尼，在地震发生过程中由于摩擦和克服阻尼做工，从而消耗大量输入到结构中的震动能，达到防震的目的。

1.1.2 隔振

隔振根据系统需求的不同分为基础隔振和层间隔振。基础隔振通过使用房屋结构和基础相互隔离分开的方式，在通过设置在基础和上部结构之间的隔振装置对地震发生过程中产生的能量进行消耗。普遍使用的隔振器材有橡胶支座、滑动支座以及弹塑性支座。层间隔振是利用隔振装置对地震产生的能量进行消耗和扩散，通过在建筑物楼板和层柱之间配备隔振装置。

1.1.3 吸能减震

吸能减震的方式是通过在土木结构某一特定位置上设置某种子结构，进而在发生位移的过程中使子结构重新分配能量，达到减小结构振动的目的。

1.2 主动控制

主动控制要辅助与其他能量达到预期的控制效果，虽然主动控制在技术操作方面较为复杂，花费资金较大，维修和保护难度较大，但是其抗震减振性能更为稳定。可分为控制力型和半主动控制型两种。

1.2.1 控制力型

当建筑物结构受到外部因素影响产生强烈振动时，控制力型会依托于其他能源的支撑对建筑物结构施加控制力，降低建筑物的振动反应达到抗震防震效果。

1.2.2 半主动控制

半主动控制即结构性能可变型，在结构动力的基础上优化配置结构内部的参数，当受到外部因素影响时依靠较少能量就能改变控制系统形态，进而达到良好的防震效果降低动力响应。半主动控制与控制力型相比具有更大经济实用性能和可操作性。因此，半主动控制被广泛推广和研发。

1.3 混合控制

所谓混合控制，是在主动控制和被动控制有机结合下研发出来。具有智能控制和被动控制的双重优点，不仅可以通过利用被动控制消耗振动能量的方式来达到减振效果，还可以通过利用主动控制更好的保证动力响应下的控制效果。

1.4 智能控制

智能控制是采用智能化的控制方法对动力响应进行控制，通过优化内部结构配置的方式，进而在改变建筑物结构性能的同时快速减小地震产生的能量，削弱振动反应效率。还可以通过智能化材料的方法来减少震能，分为感知材料和驱动材料两种。

2 土木工程结构振动控制前景展望

土木工程结构振动控制是多种学科相交叉的新兴学科，不仅运用到国际先进计算机理论以及前沿的结构振动理论，还会通过自身不断的发展和改革研发出更多有利于人民和社会服务的科研成果，例如可以加大对地震的研究工作，通过分析和探讨其成因以及类型等多方面的理论，进而研发出更符合社会发展需求的防震防灾害装置。还有可以通过对地震能量的削弱和扩散进而基于能量回收的研究，将消耗扩散的能量有效的回收在利用，通过不断的实践和研究进而保证地震发生时外界能量的供给。最后，智能控制、混合控制、半主动控制是今后土木结构振动控制发展的方向。

3 结语

综上所述，本文通过从土木工程结构振动控制入手，深入探究了被动控制、主动控制、智能控制、混合控制的基本特点和原理，进而分析预测了土木工程结构振动控制的发展前景和发展趋势。进而更加充分说明了土木工程结构振动控制在我国乃至世界社会发展的重要性，不仅可以有效抵御地震作用，吸收地震能量还能够阻止地震能量向上传递，更好的保护人身安全和财产安全。

参考文献

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