1、土木工程結構振動控制的研究現狀與展望摘 要：日益頻繁和嚴重的地震災害給世界人民帶來 了沉重的災難。土木工程結構振動控制研究對有效減輕地震 等自然災害帶來的損失有著極為重要的現實意義。本文概述 了現今土木工程結構振動控制研究領域的研究現狀，包括主 動控制、被動控制、混合控制和現存問題等及對土木工程結 構振動控制技術廣闊發展前景的展望。關鍵詞：土木工程；結構振動；展望土木工程伴隨著人類社會的發展而發展。隨著科學技術 的不斷進步，人類在抵抗各種自然災害的問題上也取得了一 定的進步。然而在偉大的自然面前，人類仍舊渺小。我們需 要更加先進的技術和更加完備的設施來抵抗災害的侵襲。傳 統的防震技術的作用效果

2、和安全性能十分有限，如果地震發 生，結構無法支持，很有可能破壞嚴重，甚至帶來極為嚴重 的生命財產損失。因此，土木工程結構振動控制技術的研究 發展十分重要。1 結構振動控制技術的研究現狀1.1 被動控制被動控制是通過改變建筑結構自身一些構件的構造和 結構體系的動力學特征，或者在結構的某個部位附加一個子 系統，來實現減振的目的一種不需要外部能源的結構控制技 術。由于其結構簡單、造價低廉、易于維護且無需外部能源 支持，目前已成為建筑與結構設計的熱點，許多實際工程中 也已經廣泛應用。被動技術主要包括基礎隔振技術和耗能吸 能減振技術?；A隔振是在結構的上部與基部之間設置一種隔振消 能裝置的控制技術，是被

3、動控制的一種，它主要通過減小地 震時向地表傳輸的能量，來減小結構的振動?；A隔振能明 顯降低結構的自身振動頻率，非常適用于中低層建筑，但由 于隔振只對高頻率的地震波有效用，所以對高層建筑并不適 用。吸能減振是通過附加子結構，使結構的振動位移，能量 重新分配，從而減小結構振動。耗能減振是在結構體的某些 部位，如節點和支撐部等設置耗能阻尼機構。繼而通過這種 機構對結構施加控制力，快速減小結構振動。耗能減振和吸 能減振的裝置主要有摩擦阻尼器、粘性液體阻器、調諧質量 阻尼器、金屬屈服阻尼器、質量泵和液壓質量控制系統等。1.2 主動控制主動控制是一種需要外部能量供給的控制技術。是否具 有能量耗損和完整的

4、反饋控制回路是其與被動控制技術的 主要區別。盡管主動控制技術更為復雜、造價昂貴并且難以 維護，但對于高層建筑建筑而言，主動控制具有更好的防震 效果。主動控制應用了現代尖端的結構控制技術，對結構振 動情況實施實時追蹤和預測，令結構設計與系統性能達到最 佳。主動控制技術分為控制力型和半主動控制型兩種。結構主動控制是利用外部能源在結構振動時對結構施 加一個較強的控制力，此時通過傳感器將監測得到的信息導 入計算機內，由計算機根據設定好的的計算公式算出應施加 的力的具體信息，最后，由外部能源提供能量，施加給結構 其所需控制力，進而快速起到減小結構振動的效果。由于主 動控制的實時控制力完全自主可控，因此其

5、對比于被動控 制，防振效果十分明顯?？刂屏π偷闹鲃涌刂蒲b置主要有主 動拉索系統、主動支撐系統、主動質量阻尼系統和主動空氣 動力擋風板系統等。半主動控制屬于參數控制，其作用機理和優缺點均介于 被動控制和控制力型之間。半主動控制過程依賴于結構的反 應情況和外部的激勵信息，通過用小功率能源調整結構的動 力參數來減少結構的振動，與控制力型相比，半主動控制具 有所需外部能量較小、維護要求不太高、更為經濟等優勢， 而且作用效果又與前者很接近，因此半主動控制具有較大的 研究和應用開發價值 2 。磁流變液態阻尼器和電流變液態阻 尼器是半主動控制系統未來研究發展的方向。1.3 混合控制 混合控制是相對于被動控制

6、和主動控制而言的研究新 突破。它將被動控制和主動控制有機結合到同一建筑工程 中，使二者協調起來共同工作。將二者結合起來看似簡單， 實則需要無數次的嘗試與磨合。此系統充分融合了被動控制 系統與主動控制系統的優點，既可以通過被動控制系統卸掉 震動能，又可以利用主動控制系統來增強控制效果，因此有 很好的建筑工程應用價值。目前混合控制所用的控制裝置已 有許多種類，其迅猛發展的勢頭銳不可當。1.4 結構控制研究中的待解決問題 經過多年以來的刻苦研究和辛勤實踐，結構的抗震、減 振設計研究取得了飛躍性的成就，也受到了更多各領域科研 工作者們的關注與重視。然而科學研究不能一蹴而就，科技 發展也并非是朝夕之事。

7、在看似成果斐然的土木工程結構振 動控制領域取得的成就背后，仍有許多技術不成熟之處，這 些問題猶待解決。如從控制器設計角度的建模工程與模型的 簡化；如何降低能耗和造價，使工程簡便且不失可靠性和安 全性；綜合考量各項外界因素， 增強控制的持久力和安全性； 完善抗震防護體系作用力的具體計算方式；與其他學科的新 技術和新成果有機結合，促進土木工程結構振動控制技術向 智能化發展。結構控制技術是一項復雜嚴密且與人民生命財 產安全息息相關的細致研究，因此相關科研技術人員和機構 任重而道遠。2 結構振動控制技術的展望 在近十幾年的時間里，經過諸多專家學者們長期不懈的 艱苦努力，土木工程結構振動控制技術得到了全

8、面迅猛的發 展，呈現出一派生機勃勃的發展勢頭，在今后一段時期內， 結構控制技術的發展趨勢將是被動控制技術規范化與實用 化和加強對半主動控制和混合控制技術的實驗研究以及試 點工程的研究。盡管在我國目前的土木建筑工程領域中，結 構控制技術基本上還僅僅應用于高層建筑結構設計之中，但 隨著我國高層建筑特別是超高層建筑的飛速發展，必將給結 構振動控制技術帶來更為廣闊的發展空間。因此，由于土木 工程結構振動控制技術自身所具有極為明顯的優勢，其未來 擁有良好的應用前景是毋須置疑。結束語 土木工程結構振動控制的研究與應用有著十分廣闊的 廣泛的發展與應用前景，它的研究和發展將會給土木工程結 構領域的抗震、抗風等抵抗不可抗力災害的建筑設計帶來一 場前所未有的歷史性革命。近年來土木工程結構振動控制技 術的研究與應用已取得了長足的發展與進步。由此看來，在 對抗地震、強風等自然災害的問題上，土木工程結構控制起 著至關重要的作用。因此，我們對土木工程結構振動控制技 術未來的