减震控制技术在空间结构中的应用

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1、减震控制技术在空间结构中的应用全希坤大连天工建筑设计有限公司M6000摘要大跨空间网壳结构是目前发展较快的结构类型，在建筑中占有越来越重要的地位，其抗震性能的好坏也直接关系到人民牛命和国家经济财产的安全,对其实施有效可靠的抗震保护措施具有非常重要的意义。而将结构控制技术应用到大跨空间网壳结构的抗震研究中是一种有效的抗震理念。木文介绍了国内外的发展现状，并提出有待解决的若干问题。关键词减震控制技术空间结构中应用1前言空间网壳结构是一种应用广泛的大跨结构，由于其自身的造型美观、刚度大、重量轻，越来越受到世界各国建筑师和结构工程师的青睐，并广泛应用在体育场馆、大型会堂、会展中心、候机大厅等建筑上

2、。随着我国经济建设的发展，网壳结构正逐步向其复杂化、大型化发展，鉴于其结构样式多样、造型复杂多变、杆件和节点数目繁多等问题的出现，常规的抗震设计方法难以满足工程需要。特别是，我国多数大中城市处于地震区，为此“如何减小大跨空间网壳结构的地震反应”问题显得尤为突出O近年来，随着高层建筑结构振动控制技术的研究的深入，人们己经将这门技术应用到大跨空间网壳结构上，木文对其国内外的研究现状及相关问题进行了阐述。2国内外研究现状大跨空间网壳结构通常较柔，阻尼比较小，对地震作用和脉动风荷载等振动荷载十分敏感，有时会发牛比较大的振动，影响到结构的正常使用及安全,因此控制结构的振动响应，对大跨空间网壳结构显得

3、尤为重要。传统的抗震方法是从强度设计角度考虑，即加大构件断面尺寸、增强结构刚度的方法，这种方法是依靠结构主体的非弹性状态来消耗振动能量，是一种“硬碰硬”的消极抵御的设计思想。近年来新兴一种新型的抗震方式一一结构振动控制，即由控制机构和结构共同承受地震或风振的作用、共同储存和消耗能量，以协调和减轻结构的反应。20世纪70年代初，美籍华人YaoJ.P.将现代控制理论引入到土木工程的振动控制中，到目前为止已取得了丰富的研究成果。然而，这些成果多集中在多、高层和高耸建筑中。在大跨空间结构的振动控制方面，国内外学者已经开始注意到了其发展潜力，进行了相关研究并取得了一定的成果。2.1网壳结构的隔震技术

4、隔震技术是发展较为成熟的一种减震手段，在许多实际工程中经受了地震的考验，取得了很好的效果。这种技术是在结构物的底部或中间某个部位设置隔震装置，用以延长结构的自振周期，吸收地震能量，从而降低上部结构的反应。隔震装置要具有足够的初始刚度和弹性恢复力，且要在满足竖向承载力的同时还能够给结构提供较大的侧向位移能力。将隔震技术应用于大跨网壳结构，从结构隔震角度来研究、设计支座,并寻求一套考虑支座隔震作用的结构分析方法，从而把空间网壳结构设计成隔震结构，在不久的将来是研究人员需要进行的新课题。2.2调频质量阻尼器(TMD)的应用研究除支座隔震外，对大跨空间结构的其他控制研究目前国内外刚刚开始起步。近年

5、来，国内外学者探讨了应用调频质量阻尼器(TMD)对大跨空间网壳结构的振动控制。TMD为一附属子结构振动系统，由质量块、弹簧和阻尼器组成。它对结构进行减震控制的机理是：将结构振动的部分能量吸收到自己身上，转化成自身的动能和阻尼消耗，从而达到减小反应的目的。采用TMD减震时，一般将TMD的频率调整到结构的振动频率附近，当结构在外激励下发生振动时，引发TMD的共振，而TMD质量块的振动惯性对原结构产生反方向的作用力，其阻尼也发挥耗能作用，从而使原结构的振动响应明显降低。2.3设置黏滞性阻尼器等耗能构件黏滞阻尼器一般由缸体、活塞和黏性液体所组成，缸体内装有硅油或者其他黏性液体，活塞上有孔，黏性液体

6、通过对活塞和缸体的相对运动产生阻尼来消耗振动能量。2.4其它减震方式对于网壳结构地震反应的控制，以上三种方法都有一定的效果。但是,由于它们都属于被动控制的范畴，在一定程度上都有其各自的局限性。而半主动控制因其所需外部能源少、控制效果好，且受外部因素影响小等优点，受到研究者的广泛重视。张毅刚和任广智结合网壳结构高次超静定的特点，提出了将半主动控制器做成变刚度变阻尼可控制杆件代替网壳结构中某些杆件，对网壳结构进行减震控制的策略。在此基础上，倪莉和张毅刚又研究了可控制杆件在网壳结构中布置的优化问题，提出了网壳结构中半主动控制器位置优化的准最优准则，进一步分析了变刚度变阻尼可控杆件在双层柱面网壳结

7、构中的最优布置规律。瞿伟廉和徐幼麟对ER/MR智能阻尼器也做了一些研究工作，推导出有限元模型，并在局域半主动控制算法下，对装有ER/MR智能阻尼器的空间网壳结构地震反应进行了计算，结构表明，合理地布置ER/MR智能阻尼器可以获得较好地控制效果。对空间结构的主动控制研究也取得了一些成果。Shingu等研究了承受地震作用下锥形壳的主动控制方法，Ghaedi和Misra利用压电陶瓷材料对一扁平球壳进行了主动控制，Zhou和Tz