浅谈土木工程结构减震控制技术黄晓战

浅谈土木工程结构减震控制技术黄晓战

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摘要:目前,人们对土木工程的关注度持续上升,对工程质量和安全性要求逐渐提高。所以在这样要求的条件下,设计好总体建筑结构非常关键,属于一个非常重要的环节,直接关系到了整体建筑结构的稳定性和安全性。而在整体建筑结构的设计过程当中,还必须要严格的注意减震设计,必须要从各个设计方面逐渐提高建筑物的抗震性能,不断的提高建筑物的稳定性和安全性,确保人们的生命安全和财产安全。

关键词:土木工程;结构减震;控制技术

引言

在传统的土木工程中常常采用结构抗震方法,它利用弹塑性设计来加强结构自身抗震性能,以达到减震效果。当然,这种传统抗震方法是不具备自我调节能力的,它的减震结构设计也无法较好满足工程整体的结构设计与施工策略。所以说,逐渐摒弃传统技术,采用新技术开展土木工程减震技术应用还是很有必要的。

1土木工程结构减震控制技术概述

在土木工程建设中,结构减震控制技术能对由地震所形成的振动进行全面建筑结构的隔离。土木工程中的防震体系通常设置于工程结构的底端与基础工程顶部之间,以促使上部结构与基础部分的有效分离。依托隔震体系以对地震波形成的向上冲击力予以隔离,能够使工程结构基本周期得到延长,进一步缓解建筑物的地震反应,促使全面工程加速度向下,依托隔震系统实现对地震所形成的能量的分担,进而达到减震的目的。结合地震反应图谱来看,加速度反应谱与周期呈负相关关系,底层建筑的刚度一般很大,因而周期变短,在发声振动过程中,其获取的加速度很大,通过应用相关手段可以延长工程结构的基本自震周期,使工程结构基频维持在地震引发高能量频段之外,依托这种方式可切实缩减建筑物传输的加速度。

2土木工程建筑结构的减震设计

建筑结构减震设计的概念就是提升建筑结构在地震中的强度。减震结构的设计方法较多,根据主动结构和被动结构的不同位置可以尽情发挥建筑的减震功能。设计时,经常会出现建筑形变或是强度降低的现象,设计人员需要对这两种情况出现的特点进行研究,才能保证建筑结构的减震设计达到标准。因此,在减震结构设计中,设计者不会对减震结构设计的变形能力提出过高的要求,但是,减震结构的相关施工技术会在将来的建筑领域中取得更好的发展。

2.1阻震设计

阻震设计的含义就是在建筑结构的连接部位安装适量的阻尼器,利用阻尼器的阻尼作用,降低建筑结构的振动响应。同时,可以在确保阻尼器性能可靠的同时,保障建筑结构的抗震能力。一般情况下,设计人员会采用在高级框架结构中的重要部位,使用砂质减震器,在容易出现裂缝的位置安放扭转梁阻尼器的设计方案。

2.2吸震设计

这种安装方式在对主体结构进行设计时采用的是特殊的方式,而且还安装了附加的结构,此结构可以在发生地震时依靠吸震设备吸收震动的过程中产生的巨大的能量,减轻地震对建筑物的破坏。按照设计图纸在相应的地方留下分隔缝,利用震动时内外筒之间的吸引作用控制地震时产生的能量,提高建筑的安全性,减少地震发生时人员的受伤以及财产的受损。

2.3隔震设计

近年来,我国的相关研究人员一直在对隔震设计进行深入的研究,这种设计方法主要是在建筑防震结构中铺设隔震层,不断降低地震时产生的能量。同时,在进行隔震设计时,为了达到更好的隔震效果,建筑人员一般都会采用特殊的建筑材料。

3减震控制技术的基本原理

无论是主动控制还是被动控制技术中,减震控制技术都是关键,在具体的土木工程建设中,减震控制代表由地震所产生的振动对建筑整体结构所带来的隔离保护作用。一般对建筑而言,工程中所设计的防震体系都在工程结构的最底部与基础工程顶面间,它能保证建筑的底部结构与上部结构相互分离,通过这一减震体系有效隔离地震波所产生的向上冲击力影响,保证整个土木工程结构最基本的生命周期。也就是说,通过减震系统分担来自地震所产生的巨大能量,达到减震保护效果。

4土木工程结构减震控制技术

4.1主动控制在土木工程中的应用

主动控制在土木工程中的应用,主要包括两种类型:开环控制系统、闭环控制系统。对于开环控制系统而言,其是指直接结构以对环境干扰开展检测,结合检测数据分析获取控制率。对于闭环变刚度控制系统而言,其是在结构反应检测基础上有效达成的主动控制。闭环控制有着可靠的抗干扰能力,并且对系统元件精度要求不高,控制成效较为显著,因而得到了广泛推广。然而,即便主动控制研究收获了一定的成果,该项技术依旧不够完备。

4.2被动控制在土木工程中的应用

被动控制在土木工程中的应用主要包括三种类型:基础隔震体系、耗能减震体系以及协调减震系统等。其中,基础隔震体系是选取相关隔震消设备安装于上部结构与基础之间,使地震能量向上部的输入实现降低,进而收获上部结构振动降低的成效。基础隔震土木工程中的应用,可显著缩减结构自振频率,适用于短周期的中低层建筑及刚性结构。因为隔震只可对高频地震波发挥作用,所以该项控制技术不适用于高层建筑。对于耗能减震体系而言,耗能剪力墙、耗能支撑等是较为常用的耗能元件,另外,摩擦阻尼器、金属屈服阻尼器及黏弹性阻尼器等则是较为常用的阻尼器。对于协调减震系统而言,应用相对较多的协调减震系统包括有液压质量振动控制系统、调谐质量阻尼器及协调液体阻尼器等。以调谐质量阻尼器为例,其属于一种小型的振动系统,主要由质量块、阻尼器及弹簧等组成。控制结构振动的机制为:调谐质量阻尼器置入原结构体系后,动力性能会出现转变,等到原结构在动力作用下产生距离振动后,因为调谐质量阻尼器质量块产生惯性作用,进而对原结构产生一个反作用力,如此一来,阻尼同样会产生耗能作用。

4.3半主动控制在土木工程中的应用

半主动控制在土木工程中的应用,主要包括两种类型:主动变阻尼控制系统、主动变刚度控制系统。其中,对于主动变刚度控制系统而言,其经由控制装置使得受控结构的阻尼可于每一采样周期内获取各种阻尼状态之间以展开切换,进一步达到减震的目的。对于主动变阻尼控制系统而言,其经由主动变刚度控制装置,以促使受控结构刚度可于每一采样周期内结合外荷载频谱特性,而于各种刚度值之间展开切换,如此一来,其能够使受控结构于每一采样周期内均可远离共振状态,进一步达到减震的目的。显而易见,半主动控制技术吸收被动控制技术、主动控制技术的优点,可结合结构反应与外界的干扰状态来实现对工程结构的调节。值得一提的是,该项控制技术要求通过电池输出的能量来对控制设施进行操作,如此便可有效弥补主动控制在大地震到来时难以获取能量支持的不足。半主动控制所应用的控制设施不仅经济而且可靠,正是凭借其所具备的一系列优点,使得半主动控制在当前全球范围内的土木工程结构减震控制中得到广泛推广。

结语

总而言之,结构减震控制技术在土木工程中还有待进一步推广,相关人员要不断研究、总结经验,提高对结构减震控制技术内涵特征的有效认识,推进结构减震控制技术在土木工程中的科学合理应用,进一步促进结构减震控制技术的有序健康发展。

参考文献

[1]颜桂云,张建勋,叶建峰.土木工程结构减震控制技术的研究动态[J].福建工程学院学报,2009,7(1):1-8.

[2]朱虹锦,赵建恒.浅谈土木工程结构中减震控制技术的应用方法[J].土木工程技术与设计,2014,11(20):162-163.

[3]杨洲,陶成良.现代土木工程中结构的减震控制[J].城市建设理论研究:电子版,2015,5(32):141-142.

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