资源描述：
《土木工程结构振动控制的研究进展_阎维明》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、13卷2期世界地震工程Vol.13,No.21997年6月WORLDINFORMATIONONEARTHQUAKEENGINEERINGJun.,1997土木工程结构振动控制的研究进展阎维明周福霖谭平(华南建设学院,广州510405)(湖南大学,长沙410082)摘要综述了近年来土木工程结构振动控制领域的研究进展和发展现状,指出了其发展前景和有待解决的问题,并介绍了主动变刚度阻尼控制系统的工作原理和组成。主题词:被动控制主动控制混合控制半主动控制1引言强烈的地震给世界各国人民造成了巨大的灾害。地震中建筑物的大量破坏与倒塌,是造成地震灾害的直接原因。因此,研究更
2、加安全、经济、可靠的结构新体系是工程结构抗震领域的主要课题,对有效地减轻地震灾害有重要的现实意义。传统的抗震结构体系是通过增强结构本身的性能来/抗御0地震作用的,即由结构本身储存和消耗地震能量,以满足结构的抗震设防要求。但由于人们尚不能准确地估计结构未来可能遭遇的地震动的强度和特性,而按传统方法设计的结构其抗震性能不具备自我调节与自我控制的能力,因此在这种不确定性的地震作用下,结构很可能不满足安全性的要求,而产生严重破坏,甚至倒塌,造成重大的经济损失和人员伤亡。结构控制可能是彻底解决这一问题的方法,通过在结构上设置控制机构,由控制机构与结构共同控制抵御地震动等
3、动力荷载,使结构的动力反应减小。结构控制是人的主观能动性与自然的高度结合,是结构对策的新的里程碑。结构控制按是否需要外部能源和激励以及结构反应的信号,可以分为被动控制、主动控制、混合控制和半主动控制。本文综述了土木工程结构振动控制领域研究的进展和发展现状,并指出了其发展前景和有待解决的问题。2被动控制研究结构被动控制一般是指在结构的某个部位附加一个子系统,或对结构自身的某些构件做构造上的处理以改变结构体系的动力特性。被动控制因其构造简单,造价低,易于维护且无需外界能源支持等优点而引起了广泛的关注,并成为当前应用开发的热点。许多被动控制技术已日趋成熟,并已在实际
4、工程中应用。下面简要介绍这些控制技术和装2期阎维明等:土木工程结构振动控制的研究进展9[26]置。2.1基础隔震体系基础隔震体系是在上部结构与基础之间设置某种隔震消能装置,以减小地震能量向上部的传输,达到减小结构振动的目的。隔震装置必须具备下面三项特性:(1)具有较大的变形能力;(2)具有足够的初始刚度和强度;(3)提供较大的阻尼,具有较大的耗能能力。基础隔震能显著地降低结构的自振频率,适用于短周期的中低层建筑和刚性结构。由于隔震仅对高频地震波有效,因此对高层和超高层建筑不太适用。另外,橡胶隔震垫的老[1,2][1,3,4,10]化和耐久性问题,以及隔震效果的
5、定量设计问题还有待于进一步的研究。基础隔震是当前应用最广泛,也是最成熟的一项技术。一些研究和应用较广的隔震[5~8][5~8,11]装置有:1.夹层橡胶垫隔震装置;2.滚珠(或滚轴)加钢板消能装置;[5,8][1,5~8]3.粉粒垫层隔震装置;4.铅塞滞变阻尼器隔震装置;5.钢滞变阻尼器隔震[5~8][5~9][1,5]装置;6.基底滑移隔震装置;7.悬挂基础隔震装置;8.混合隔震装[5,7,8]置等;2.2消能减震体系消能减震体系是把结构物的某些非承重构件设计成消能元件,或在结构物的某些部位装设阻尼器。在风载或小震时,这些消能构件与阻尼器仍处于弹性状态,结构
6、体系仍具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求;在强风或强震作用下,消能元件或阻尼器首先进入非弹性状态,产生较大的阻尼,大量耗散能量,使主体结构的动力反应减小。消能减震体系按其消能装置的不同,可分为两类:(1)消能构件减震体系:利用结构的非承重构件作为消能装置的结构减震体系,常用的消能构件有:[1,12,13](a)消能支撑:包括方框消能支撑、圆形消能支撑、K形偏心消能支撑等。[1,12,13,64](b)消能剪力墙:有横缝剪力墙、竖缝剪力墙、周边缝剪力墙和阻尼器剪力墙等。(2)阻尼器消能减震体系:强震时通过阻尼器耗散能量。[14](a)摩擦阻尼器:利用摩擦力做功
7、耗散能量。[15~17](b)金属阻尼器:利用某些金属具有的弹塑性滞回变形耗能,包括软钢耗能装置、铅挤压阻尼器、记忆合金(SMA)耗能器。[18](c)粘性和粘弹性阻尼器:利用阻尼器材料分子的相对错动摩擦耗能。消能减震体系适用于高层建筑、超高层建筑和高耸构筑物,对抗震和抗风都有效,而且性能可靠;但装设数量少时作用不大,数量多时造价显著增加。对消能减震体系的[1]计算,目前也尚未建立起较为成熟通用的方法。[19,20,55,56,58]2.3调谐质量阻尼振动控制系统(TMD)TMD系统是在结构顶层加上惯性质量,并配以弹簧和阻尼器与主结构相连,应用共振原理,对结构
8、的某一振型加以控制。通常惯性质量可以是
