土木工程结构减震控制研究现状及进展

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1、土木工程结构减震控制研究现状及进展：对提土木工程领域结构减震控制的研究现状进行了分析，阐述了目前主要减震控制使用的原理和方法，对国内外新出现的减震控制方法和研究成果进行了综述和评价，对今后的研究进行展望并提出了发展方向。　　关键词：结构减震；振动控制；智能控制　　：TU352.1：A　　　　土木工程结构减震控制一般包括被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制。目前，被动控制已经广泛应用于工程领域，而主动和半主动控制还处在理论和实验研究阶段。本文对目前国内外结构工程减震控制的研究现状进行归纳分析，对该领域的研究成果进行综述，为后续的研究指引方向。　　1被动控制　　被动控制主要是进行基础隔震和耗能

2、减震，基础隔震是在上部结构和基础之间设置水平柔性层，延长结构侧向振动的基本周期，从而减小水平地震地面运动对上部结构的作用。基础隔震的研究主要是研究开发出性能优越且价格低廉的隔震装置。1978年美国KellyJM和EidingerJM提出叠层橡胶支座隔震方法和技术，从此结构基础隔震进入了蓬勃发展的阶段。一些研究和应用较广的隔震装置包括夹层橡胶垫隔震装置、滚珠（或滚轴）加钢板消能装置、粉粒垫层隔震装置、铅塞滞变阻尼器隔震装置、钢滞变阻尼器隔震装置、基底滑移隔震装置、悬挂基础隔震装置、混合隔震装置等。目前基础隔震的应用已相当广泛，隔震结构的分析和设计方法也日渐成熟。世界上已建成了上千座隔震建筑和桥梁

3、，并表现出良好的减震效果。2001年我国正式把隔震技术写入规范。　　结构耗能减震是在结构中设置非结构构件的耗能元件，结构振动使耗能元件被动地往复相对变形或者在耗能元件间产生往复运动的相对速度，从而耗散结构振动的能量，减轻结构的动力反应。目前已经研究发展起来的耗能装置主要有金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器（TMD）和复合型耗能器等。被动耗能减震结构已在国内外建成了数百座，并在一定程度上经受了地震的考验。中国目前也有几十余座新建或加固的被动耗能减震建筑与桥梁。上海电视塔、珠海金山大厦、上海杨浦大桥等大型建筑都应用了耗能减震装置，并取得了很好的减震效果。　　2主动

4、控制　　主动控制是以现代控制理论为基础，对结构反应或环境干扰进行实时跟踪和预测，在精确的结构模型基础上运算和决策最优控制力，并通过作动器对结构施加控制力以减小或抑制结构的动力反应。主动控制分开环控制和闭环控制两种，开环控制是直接对结构环境干扰进行量测，根据测量数据分析并综合出控制律；而闭环控制是在结构反应观测基础上实现的主动控制。闭环控制具有较高的抗干扰能力，对系统元件的精度要求不高，控制效果明显，因此得到广泛的应用。主动控制的研究主要集中在主动控制算法的运用与处理和主动控制装置的开发与应用两个方面。　　结构主动控制算法仍是以现代控制理论中的算法为依据，一些算法根据土木工程结构自身特点作出特殊

5、的处理。目前运用的主动控制算法主要有经典线性最优控制法、瞬时最优控制法、随机最优控制法、极点配置法、独立模态空间控制法、界限状态控制法、自适应控制法、预测控制法、滑动模态控制法、模糊控制法、神经X络控制法。　　AMD系统是目前研究和应用较多的主动控制系统，它由被动控制中的调谐质量阻尼器（TMD）演变而来。AMD系统由质量块和主动作动器组成。由外部能源驱动其惯性质量运动，将结构的振动能量转变为AMD惯性质量的动能和阻尼元件的耗散能，同时AMD系统通过其在结构上的支承提供减小结构振动的控制力。AMD系统的应用已相当普遍并取得了成功，目前世界已建成了带有AMD控制系统的几十座高层建筑、电视塔等大型桥

6、塔结构。在国内，田石柱和刘季等人率先开展了结构振动的主动控制实验研究，完成了5层1：4模型框架的AMD振动控制实验。张春巍、欧进萍等人研究了海洋平台结构冰激振动和地震反应控制问题，进行了原型平台结构冰激振动和地震反应的AMD控制仿真分析。南京电视塔也采用了AMD进行风振控制。实践证明，AMD系统能有效地减小风振和地震反应。1994年日本东京建成高134.4米的岸住田大楼在顶层安装了两个AMD，质量块m=1.5t,最大滑动位移100cm,驱动器最大出力8.7t。该结构已经经历了地震考验，从实测结果看，结构的地震反应比无控下减小了50%~80%，说明AMD系统能有效地减小地震反应。　　3半主动控制

7、　　半主动控制是应用少量外部能量或不需要外部能量,通过对控制系统中结构参数的实时调整来抑制结构动力反应。它既有被动控制系统的可靠性又有主动控制系统的强适应性,且造价适中,因而在未来将有广阔的发展前途。　　半主动控制主要有主动变刚度控制系统和主动变阻尼控制系统。主动变刚度系统是通过主动变刚度控制装置使得受控结构的刚度在每一采样周期内都根据外荷载的频谱特性而在不同刚度值之间进行切换，从而使得受控结构在