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 关于工程结构振动控制的若干方法综述  

2011/4/24 22:18:24 浏览:2841 来源:  

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关键词:结构工程;振动控制;综述
  概述地震和咫风是严重危害人类的自然灾害。尤其是最近的20余年全球发生了许多次大地震和强烈龙卷风,造成了非常惨重的生命财产损失。山于人们小能事先准确地知道将来叫能遇到的外荷载的大小及特性,而按传统方法设计的结构小具备根据外荷载的自我调节能力,囚此即便是按很高的抗震设防烈度来设计,也很难保证结构在遭受到地震作用时的安全性。近年来迅速发展的结构振动控制技术为解决上述问题提供了种有效的途径。结构振动控制是随着现代控制理论的发展而发展起来的,它应用经典的或现代的控制理论,在结构的某些部位设置些控制装置,当结构产生振动时,这些装置叫以被动或主动地施加组控制力或调整结构的动力特性,从而显著地减小结构振动反应,使之满足史高的安全和功能要求。控制装置的基本元索为传感器、控制器和作动器。传感器感受外部激励及结构反应的变化信息,控制器接受这些信息并依据定的控制算法计算所需控制力,作动器产生所需控制力并作用到结构上,从而实现对结构振动的控制,确保结构本身的安全,它与传统结构抗震设计方法相比,具有安全叫靠、史加有效、经济节省和适用范围广的优点,是土木工程防灾减灾积极有效的方法和技术。结构振动控制理论的发展及工程实践,标志着结构抗震对策山传统的结构分析、结构设计两个阶段发展到结构分析、结构设计和结构控制三个阶段。

  年美籍华裔学者姚治平结合现代控制理论,提出了土木工程结构控制的概念,其研究和应用已有30多年的历史,已经取得了大量的研究成果,工程应用也日益广泛。依据控制系统与外部能源、结构振动反应信息和动荷载信息之间的关系,结构振动控制叫分为被动控制、主动控制、‘卜主动控制和混合控制四类。

  被动控制被动控制小需要提供外部能量,而通过减震、隔震装置来消耗或转移振动能量,同时阻!卜振动在结构中的传播,它具有构造简单、造价低、易于维护且无需外界能源支持等优点而被广泛应用。被动控制主要包括基础隔震、耗能减震和调谐减震。

  基础隔震就是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输,使结构振动减轻,避免地震破坏。隔震装置必须具备以下条件:具有较大的变形能力;具有足够的初始刚度和强度;能提供较大的阻尼,具有较大的耗能能力。口前,常见的隔震装置有夹层橡胶垫隔震装置、滚轴加钢板消能装置、粉粒垫层隔震装置、铅芯滞变阻尼器隔震装置、钢滞变阻尼器隔震装置、基底滑移隔震装置、悬挂基础隔震装置和摩拣隔震装置等。隔震是发展最快、最早的结构减震控制方法,它在技术上比较成熟,减震效果明显,构造简单,造价经济,理论研究和试验研究成果也比较丰富和完善,是口前大多数减震控制结构所采用的方法。桥梁隔震形式有多种,其中使用最广的是铅芯橡胶支座,隔震支座设置于桥墩与主梁之间。

  铅芯橡胶支座小仅叫以提供很大的初始水“I'-刚度以满足在正常使用荷载作用下只产生小位移,并能自动复位,又能以较小的屈服后刚度来实现期望的隔震效率。

  耗能减震技术是把结构物中的某些构件(如支撑、剪力墙等)设计成耗能部件或在结构物的某些部位(节点或连接处)设置阻尼器,在小荷载作用下,耗能杆件和阻尼能处于弹性状态,在强烈地震作用下,耗能装置首先进入非弹性状态,大量消耗输入结构的能量,使主体结构避免进入明显的」卜弹性状态,从而保护主体结构小受破坏。按照耗能装置的小同,耗能减震体系叫分为两类:耗能构件减震体系和阻尼器耗能减震体系。前者包括各种耗能支撑(如方框耗能支撑、圆形耗能支撑形偏心耗能支撑等)和耗能剪力墙(如横缝剪力墙、竖缝剪力墙、周边缝剪力墙和阻尼器剪力墙等)。少高者包括摩拣阻尼器、弹塑性耗能器(软钢耗能器、铅挤压阻尼器、记忆合金耗能器祭、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器等。

  调谐减震技术是在主体结构中附加子结构,使结构的振动发生转移,使结构的振动能量在原结构和子结构之间重新分配,从而减小原结构的振动。口前主要的调谐减震装置有调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器、调谐液柱式阻尼器、摆式质量阻尼器、质量泵、液压一质量控制系统、悬挂结构体系等。

  调谐质量阻尼器<TMD)是在结构中设置山质量、弹性元件和阻尼器组成的装置,其减震机理是
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