浅谈建筑工程施工中的振动控制技术及其发展

任俊杰

【摘 要】城镇化建设的快速推进，促进了我国建筑工程的快速发展，同时提高了建筑工程技术的水平。基于随机振动理论的结构时变、非线性控制的研究；主动控制的时滞研究以及传感器、震动器的数目和位置的最优化研究等，这是结构主动控制技术推广应用的关键。本文简述了建筑工程施工中运用振动控制技术的必要性，对建筑工程施工振动控制技术进行了论述分析，并论述了建筑工程施工振动控制技术的发展。

【关键词】建筑工程施工；震动控制技术；必要性；发展

一、振动控制技术在建筑工程施工中运用的必要性

振动控制技术随着城市化进程的加快，日益显得重要。首先建筑工程施工振动控制有利于降低结构在地震、流水、海浪、风、车辆等动力作用下结构所造成的损伤，能够有效地将结构抗震防灾能力相对增强。结构控制引起了世界各国地震工程界的广泛重视，是一种新型的结构抗震技术。其次建筑工程施工振动控制有利于耗散输入结构的地震能量。近几年来，国内外先后都开展了结构控制的研究，就是在结构上施加控制系统，由结构与控制系统共同抵御荷载作用，使结构在大地震作用下进入非弹性状态时还能具有优良的延性，有利于耗散输入结构的地震能量。并且其机理明确，概念简单，对于不同结构与烈度的抗震要求都适用。结构控制可分为智能控制、半主动、主动、被动耗能减振、基础隔震。

二、建筑工程施工中的振动控制技术分析

1、主动控制。主动控制的研究包括自动控制技术、数据处理、振动测量、计算机科学、机械工程、生物科学、材料科学、结构工程、随机振动、控制理论，它是一门交叉性的学科。 所谓的主动控制是利用现代控制技术，对输入地震动和结构反应实现联机实时跟踪和预测，且通过作动器对结构施加控制力从而使结构的系统特性发生一定的变化，最终使系统性和结构都能与一定的优化准则相一致，以达到抑制与降低结构地震反应的控制方法。结构的主动控制比被动控制的效果更为明显，但因为在进行主动控制时外部能源需要输入较多，其次，还有硬件设备较贵、时性较为复杂、系统的可靠性问题等原因，因此在我国主动控制的研究在一定程度上都集中在控制装置、效果仿真分析以及主动控制算法的试验研究等方面。

主动控制的控制力是由外加能源主动施加，振动控制设计的目的是怎样合理选择控制力的施加规律，以至于产生的控制力对结构的控制效果达到最佳。一般主动控制涉及两种基本控制方式，即闭环控制与开环控制。主动闭环控制法是产生一定的控制作用，从而控制结构的振动，通过适当的系统状态反馈或输出反馈，闭环控制能保持连续地对较高控制效果进行监测，具有较高的扰干扰的能力，并且其在线计算量相对比较大。而开环控制方法就是对系统扰动输入直接进行测量，按照系统扰动输入的情况综合出控制律。

2、被动控制。通常被动控制指的是对结构自身的一些构件做构造上的处理来达到改变结构体系的动力的特性，或者在结构的一些部位增加一个子系统，这是因为结构被动控制具有易于工程应用、不需要提供经济与外部能源的特性。由于被动控制的构造具有造价低、结构简单、并且在维护方面也不需要外界能源支持等特点成为当前应用开发的热点，而引起了广泛的关注。由于我国对于基础隔震的研究开展的比较早，因此在闸蟹结构方面已经取得了工程应用、技术开发、理论研究的丰硕成果，隔震技术主要是使用精选的细沙、金属涂料滑块和橡胶垫等材料进行分析研究的。

基础隔震体系是被动控制的一种控制技术，其是在基础和上部结构之间设置了隔震消能装置，它主要是用来降低地震能量向上部的传输，从而使结构振动相对的减小的目的。基础隔振可以更加快速的使结构的自振频率减少，其在短周期的刚性结构与中低层建筑中应用较广泛，因为隔振仅对高频地震波有效，所以不太适用于高层建筑。金属屈服阻尼器具是一种很有前途的耗能器，最早被应用于结构控制是在新西兰。金属屈服阻尼器是用软钢或其它软金属材料做成的各种形式的阻尼耗能器，它对结构進行振动控制的机理是将结构振动的部分能量通过金属的屈服滞回耗能耗散掉，从而达到降低结构反应的目的。

3、混合控制。混合控制是综合某几种控制方法的优点。结构智能控制可以分为两种。（1）、是使用智能控制算法实现对结构的振动控制，例如遗传算法、神经网络控制、模糊控制等，其和主动控制的主要不同表现为不需要控制增益的关系、采用智能控制算法确定输出或输入反馈以及精确的结构模型，而控制力还是需要很大外部能量输入下的作动器来实现；（2）、以智能阻尼装置与智能驱动来实现智能控制，例如使用形状记忆材料、电、磁致伸缩材料、压电材料、电、磁流变液体等智能驱动器件与材料，其控制原理和主动控制比较相同，只是实施控制力的作动器是智能材料做的智能驱动器或智能阻尼器。

混合控制综合了某几种控制方法的优点，因此其具有较好的控制效果，发展前景较为广阔。被动控制与主动控制的联合应用叫做混合控制，混合控制不但可以利用主动控制系统来保证控制效果，还可以通过被动控制系统大量耗散振动能量，其充分利用了被动控制与主动控制各自的优点，使被动控制与主动控制协调起来共同工作，它又比单单的主动控制能更加节省能量，因此有着其的工程应用价值极大。几种比较典型的混合控制装置是镇定锚索控制系统和锚索系统相组合、耗能减震和主动控制相组合、基础隔震和主动控制相组合、AMD与TMD的组合。优良的混合控制方案是一下两种被动控制作为结构对常遇荷载作用的保护装置，主动控制系统作为结构抵抗罕遇地震荷载的元件，是结构破坏的最后一道保护屏障；被动控制作为控制系统的主体，主动控制对被动控制系统降低限位控制，并提供被动控制系统所需的恢复力。

三、建筑工程施工振动控制技术的发展

科技的进步促进了建筑工程施工控制技术的发展，就目前形势来看，之后的很长一段时间里，被动控制技术的实用化与规范化将会是结构控制技术的发展趋势。对耗能吸能减振、基础隔振等，进行系统处理，并编入新制订的结构设计规范中，这样做有利于推进其在工程实践中的应用广泛，使建筑工程施工控制技术渐渐的趋于实用化与规范化，将试点工程的研究、混合控制技术、半主动控制的实验研究进行有效加强。今后建筑工程施工控制的重要发展方向是混合控制技术与半主动控制技术，所以为了验证其实际控制效果的真实性与可靠性，且为了尽快达到实用化的要求，不断完善、总结，对它们的试点工程的研究与实验研究要进一步加强。虽然当今结构控制技术在建筑工程施工中还没有得到广泛的应用，但由于其自身所拥有的优势已经非常明显，所以其良好的应用前景是毋须置疑的。

结束语

当前建筑工程施工控制技术的应用开发仍然存在一些有待进一步研究的问题，传统的抗震结构体系是通过加强结构本身的性能从而达到“抗御”地震的目的，这种方法的作用与安全性相对是较低的，并且根据传统方法设计的结构其抗震性能也不具备自我控制和自我调节的能力，所以在这种不确定性的地震作用下，结构的安全性能不能得到充分的保障。因此现阶段必须使用振动控制技术来满足人们的需求，并且结构振动控制的发展与其巨大的经济效益已得到体现。

参考文献：

[1]史云峰.论建筑工程振动控制的研究进展[J].民营科技，2012，06：16.

[2]崔志红.建筑工程抗震技术探讨[J].华章，2011，23：337.