被动控制技术在土木工程中的应用现状

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会被动控制技术在土木工程中的应用现状彭樵斌韩小雷季静(华南理工大学建筑学院高层建麓结拇研究所广蛳510640)摘要：自1972年美籍学者姚治平把结构控制技术引入到土术工程中．该项技术就成为地震工程领域中最为活跃的领域。而被动减震控制就因其自身的优点成为结构减震控钼中应用最广泛的部分，被动减震控弗l包括：基础隔震、耗能减震和吸能减震，越来越多的土木工程结构应用到被动减震控制技术．关键词：被动控嗣．基础隔震，耗能减震，吸能减震一、前言结构控制技术就是通过在结构上安装耗能减震装置减轻或抑制结构由于外荷载作用

2、引起的反应，该技术最初应用于机械、航空航天、军事等领域。1972年．美籍学者姚治平首先把该项技米引入土木工程。经过30多年的快速发展，结构控制技术已经成为世界地震工程中最振奋人心的成果。在地震工程领域中，不确定性一直是学者与工程师们为之困扰的问题。地震荷载非常复杂而又十分粗糙．地震发生的概率十分低，但其带来的破坏可能又十分大。在传统的结构抗震方法中，工程师们都是通过增强结构本身的强度、刚度，被动地抵御地震作用。增强了结构的强度、刚度．结构所受的地震作用自然就会增大，由此需要更大的强度、刚度：当再次增大结构的强度、刚度时，结构承受的

3、地震作用又一次增大。由此可见．传统的结构抗震方法只会进入无休止的恶性循环之中。另一方面，延性是传统结构抗震思想的重要一环，结构通过结构构件本身的延性耗散地震输入结构的能量．从而使结构在地震中得以保存，做到“大震不倒”。但随着经济的发展．。不倒”已经不能满足人们的要求．建筑中的设备、装修等价值可能远高于结构本身，虽然结构不倒，但其损失是无法接受的。在应用结构控制技术矗，耗能藏震装置吸收了结构中绝大部分的地震输入能量，结构的地震反应能得到有效的控制。面对于预想不到的地震，结构控制技术也有很好的预防和承受能力。控制技术的应用使我们跳出传

4、统的增强结构强度、刚度的概念．结合结构的动力性能，巧妙的避免或减少地震的破坏。二、结构控制技术的分类结构控制技术可分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制。被动减震控制不需要外部能量提供控制力．控制过程不菝赖于结构反应和外界干扰信息，构造简单、造价低、易于维护等诸多优点，得到工程界的广泛关注，技术也相对较成熟，在实际工程中应用较多。被动控制技术可分为基础隔震技术、耗能减震技术和吸能减震技术。基础隔震技术是指在建筑物或构筑物基底设置控制机构来隔离地震能量向上部结构传递，伎结构振动减轻，防止地震破坏。目前研究开发的基础隔震技术主要

5、有：夹层橡胶垫隔震、摩擦滑移隔震、滚珠及滚轴隔震、支撑式摆动隔震、铅芯橡胶垫隔震、混合隔震等。耗能耗能减震技术是指在结构的某些部位(如支撑、剪力墙、结点、联结缝或连接件、楼层空间、相邻建筑物、主附结构间等)设置耗能(阻尼)装置(元件)，通过耗能(阻尼)装置(元件)产生摩擦。弯曲(或剪切、扭转)弹塑性滞回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减小主体结构的地震反应。主要的被动耗能减震技术主要有：金属阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、粘滞性阻尼器。吸能减震技术是在主体结构中附加子结构．使结构的振动发生位移，即使结构的振动能量在原结构

6、工业建筑20们增科1827．墨主旦全里翌垡堕塑三堡兰查堡塑叁．．。与子结构之间重新分配，从而达到减小结构振动的目的。目前主要的吸能减震装置有：调谐质量阻尼系统(TMD)、调谐液体阻尼系统(TLD)、质最泵、液压一质量控制系统、空气阻尼器。三、被动控制技术的发展与应用在我国，被动控制技术在建筑结构中的应用起步较晚。我国对隔震建筑的研究始于20世纪80年代，由于经济方面的原因．对采用砂垫层、石墨、钢板等材料的摩擦滑移隔震研究较早，并相继建成了一些隔震工程。李立教授基于对砂垫层的研究，于1980年在北京建成一幢四层的隔震楼房；刘德馨作为

7、石墨砂浆层隔震方面的专家．于1986年在西昌市建成一幢采用石墨砂浆层隔震的建筑。我国第一座采用橡胶支座的隔震建筑是汕头博物馆，于1993年建成，高42m．建筑面积19000埘『，为层间隔震建筑，隔震层位于一层顶部，是我国建成的采用橡胶隔震的最高的公共建筑。为了应用实际工程进行对比，周福霖教授在广东汕头建造了两栋上部结构完全一样的8层的建筑，其中一栋为传统的铡筋混凝土建筑，另一栋为隔震建筑。在1994年9月16日发生的7．3级地震中，汕头地震烈度为6度。传统结构房屋产生振动与摇晃，传统结构出现裂纹和损坏，但隔震房屋中基本无震感，从而

8、证明隔震技术在减小地震对建筑结构损害中的有效性。根据有关统计，到2000年为止，在我国已超过有500个实际工程(包括建筑和桥梁)应用基础隔震技术减少地震、交通和其它振动对土木工程结构的损害。目前，我国的隔震建筑大多采用夹层橡胶隔震支座，并主要用于一