土木工程结构振动控制的研究现状与展望李恒

土木工程结构振动控制的研究现状与展望李恒

李恒

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摘要:地震的出现在很大程度上会威胁到人类世界的安全,且破坏性大、很难预测。我国幅员辽阔、地形复杂,且一些地区位于地震带上,地震发生时一些人员很难逃出建筑而威胁到生命,为此确保土木工程的建筑质量、增强抗震性能至关重要,然而在抗震领域中土木工程结构的振动控制意义重大,因此强化研究土木工程机构振动控制现状和发展展望刻不容缓。

关键词:土木工程;结构振动控制;研究现状;展望

在土木工程中通过结构振动控制目的的开展对于现代建筑使用性能的强化十分重要,有助于使用中建筑抗灾能力的提高,且在实际研究中取得显著成果,主要包括四种控制形式,即主动、被动、混合和智能。

1研究现状

地震是一种因地壳板块运动所产生的剧烈动力现象,在强力作用下位于地震区域的建筑会出现明显的晃动,这部分力所产生的载荷在建筑可承受临界值超过的情况下会导致建筑不可避免的出现倒塌和断裂的情况。同时,在建筑材料、结构和使用要求的影响下,其实际抗震能力很难取得理想的效果。现如今,结构振动原理融入到土木工程中,并为设计建筑抗震机构提供了一个新的突破口,且逐渐扩大了实际的应用范围。

现如今,为降低地震能量对建筑所造成的影响可以借助结构振动控制,以此有助于结构所承受的载荷力的显著降低,在地震所产生的能量中可以强化对建筑内部人员和物品的防护,同时在外力作用下通过对能量的消耗可以最大限度的确保机构的完整。换言之,振动时所产生的瞬时爆发力可以凭借消能材料、结构和装置来进行有效的分散与控制,并且在控制装置的帮助下可以适当的控制地震频率,以此有助于结构振动下各种反应的降低。

2土木工程机构的振动控制

2.1被动控制

所谓被动控制主要是将一个子系统添加到工程机构上或对结构构件进行改造,使其动力特性出现变化的一项技术,在实际过程中为有效降低地震瞬时力所造成的建筑物位移,可以借助隔震装置,然后使用耗能装置有助于消耗振动输出中的各种能量,以此有助于在剧烈振动中减少破坏力,关于吸能则是在子结构的帮助下吸收余震所产生的各种能量,并且能够分散释放这部分能量,进而可以尽可能的降低能量波对局部的高损害。

2.2主动控制

相比较于被动控制,主动控制具有更加复杂的结构,离不开外部能量的支持,具有很高的成本,且维护起来十分复杂,然而在高层建筑中具有良好的控制效果。其原理主要是通过传感器监测结构在动力方面的响应,在计算机中送入监测的信息,然后根据指定公式算法,计算机可以将施加力准确的计算出来,并由部能源驱动器当做动器,以此有助于施加在结构控制力的产生。

2.3混合控制

该控制方法有机的融合了上述两种控制系统的优点,针对被动控制能量消耗低和主动控制耗费高的问题均得到有效解决,通过联合使用两种控制系统,原有控制系统的局限性能够被打破,响应的其使用范围逐渐被扩大。

2.4智能控制

该方法主要是在结构受激励振动时采用智能化材料与控制理论(神经网络控制、模糊控制以及遗传算法)通过调整结构内部的参数来实现对结构动力学特性的改变,有助于振动反应的减少。

3发展前景

3.1能量回收

地震中所释放出的能量巨大,这部分在建筑上施加的能量需要借助建筑结构振动控制系统抵消,然而由于施加的能量过多,控制工作的顺利进行离不开外部足够的能源来提供支持,如果外部能源量一旦减少且持续供给不能实现,则导致控制系统失效的可能性非常大。为此,发展的重点主要集中在如何高效的回收能量、怎样回收、回收技术和理论等。

3.2被动控制技术的实用化与规范化

结构振动被动控制系统在当下建筑工程中的应用范围越来越大,各种技术在发展过程中不断完善,所使用的服务成本低且相对比较成熟,本身所具有的实用价值非常高。然而,在研究中发现,系统的使用相对比较零散,在操作过程中系统内容和使用技术相对负责,为此在实际发展过程中需要规范化的处理系统,在此基础上将较为健全的管理规范制定下来,对操作流程进行不断的简化,促进其实用性的显著提高,以此对于被动控制技术的扩展和推广创造良好的条件。

3.3主动、混合、智能控制研究实验的强化

上述三种控制技术在结构振动中具有良好的控制效果,并在现代化计算机和信息技术的发展中与现代建筑防震要求更加相符。针对混合和主动控制需要立足于技术原理和内容,在原有基础上进一步简化控制技术的使用,然后对原有技术缺陷进行总结,起到补足完善的效果,通过对新材料和新技术的研究来致力于使用成本的降低。在智能控制中需要准确设置程序中的各个参数,将当地地理特点与地震产生的参数有机结合起来,实现对智能系统控制防护开启参数的有效制定。

3.4强化国家政策的扶持

现阶段,在抗震中重要技术之一便是土木工程结构振动控制,尽管在实际使用过程中存在较多的缺陷,但是进步明显,凭借自身优势可以大范围的在建筑工程中使用,关于其研究与发展都离不开国家相关部门的努力,以此可以在适当范围内促进研究工作的顺利开展,为结构振动控制提供资料和新技术方面的支持,这对于其可操作性和时效性的增强至关重要。

结束语

土木工程结构振动控制不仅具有很高的应用价值,且发展前景十分广阔,由此会创造巨大的经济和社会效益,尤其是对人民生命财产安全的保护。关于研究结构振动,不仅需要采用多门技术多个学科进行交叉探索,并且离不开研究人员的努力。同时,相关部门需要充分发挥自身力量,给予其政策上的鼓励与支持,保证该项研究能够更好的发展。通过研究发现,在实际应用中被动控制系统取得显著效果,在同类技术的研究中发展前景广阔,对于建筑行业而言,其本身所具备的价值与意义十分重大。

参考文献:

[1]阎维明,周福霖,谭平.土木工程结构振动控制的研究进展[J].世界地震工程,2011,(12).

[2]涂勇,陈水生,涂清艳.土木工程结构振动控制研究方法综述[J].工程建设与设计,2011,(05).

[3]史云.论土木工程结构振动控制的研究进展[J].民营科技.2012,(06).

[4]陈玉妹.关于土木工程结构振动控制技术的探讨[J].门窗,2014,(11).

[5]史云峰.论土木工程结构振动控制的研究进展[J].民营科技,2012,(16).

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