中色科技股份有限公司河南洛阳471000
摘要：土木工程在我国已经发展了很长时间。当前，中国的科学技术水平不断提高。土木工程中采用了各种先进的减震防震技术，有效地提高了土木结构的稳定性，大大提高了建筑物的质量。结构振动控制是工程建设中的一项技术，在稳定建筑物结构和消除地震影响方面具有显著的效果。
关键词：土木工程结构；振动；控制技术
一、结构振动控制技术种类探析
1、被动控制
该结构不承受外部能量。在结构振动过程中，控制装置产生的控制力是不断变化的，而控制力是被动产生的，称为被动控制技术。该技术进一步细分为以下类别：基础隔离。根据建筑物的位置分析，当地可能发生地震，控制机构深埋在地基中，将地震传播路径切断，中断振动向上部传递，上部结构稳定，地震对建筑物的破坏较小。夹芯橡胶、滚珠等材料是常用的基础隔震材料。耗能减震。TMD、TLD是一种常见的被动控制系统，TMD调谐质量阻尼器，结构组件，如春天，振动系统，简化模型如图1所示，系统需要驱动振动力量，将产生惯性力TMD系统，由惯性力和振动结构，将有一个合理的调整惯性力和主体结构被重新分配，结构振动明显降低。
图1TMD简化结构计算模型
TLD是调频液体阻尼器，水箱是主要的组成装置，外力会使水箱中水出现晃动，风载、地震等都能触发阻尼器进行作业，箱体内液体受外力作用晃动，形成波浪，动压力差随之产生，液体运动过程中伴随着惯性力的产生，两类力相互作用，达到平衡减振效果。
2、主动控制
该项技术需要对工程实施地区震动情况实时监测，将地面震动利用仪器进行检测，将数据传回计算机，计算机对建筑受力及其结构变化进行分析，按照测算结果，外加力对震动力进行平衡，从而减少建筑震感。传感装置是控制系统的主要组成，负责信息探测和传输，运算器、施力器是其它装置，负责结构受力计算以及向建筑施加平衡力。按照理论分析，主动控制无疑是最佳的结构振动控制方法，但从土木工程实际出发，发现该项控制技术需要消耗大量资源，不适合在工程建设中使用，但在保护现有设备方面具有显著效果，AMD、ATS及ABS等都属于主动控制系统范畴。
3、半主动控制
此类型控制系统种类较多，本文挑选两种典型系统进行分析：①AVS即变刚度系统，其功用是避免建筑发生共振现象，系统中起关键性调节作用的是液压元件，刚性支撑、大梁在元件的调节下，两者连接条件发生改变，共振现象随之减少。能耗低是系统的显著优点，若市电突发供应中断，系统备用电源还能维持其运转3min。系统能自如完成层间刚度调节工作，刚度调节好比应答开关，只要保证刚度在允许范围内波动即可，该系统在调节刚度既能避免结构共振，又能增加阻尼。②ER和MR系统，随着系统调节，电场、磁场发生变化，进而带动系统中的流变体发生自由流动，流体在固态、半固态和液态间自由转换，控制过程无需借助伺服阀，加强系统机械构件的可靠性，便于工作人员对系统的后期维护。除上述控制系统外，混合控制也是常见的结构振动控制系统，将多个系统协调混装在一起，实现减震控制。
二、结构振动控制案例
1、案例分析
某大楼设计建造时安装的是TMD系统，该栋建筑总高度在500m左右，层楼为100层，考虑到风载、地震等对较高楼层影响较大，将带有阻尼的复摆放置在87层的相应位置，经测算得知该复摆减振能力可达40%～60%。相同案例还有阿联酋的某酒店工程，在设计弧形支撑杆时在其结构相应位置安装TMD系统，从而实现减振，此建筑中将减振控制装置安装在支撑结构的多个受力点上，实现建筑的全面减振。也有借助单个控制系统完成减振设计的，如上海比较有名的青浦电视塔，总高度为168m，对其进行受力分析，在138m处安装质量摆，数量为11且均匀分布在塔身周围，0．398～0．487Hz是摆的自振周期，自振频率与风载激励频率基本一致，完成质量摆安装后，塔上电线移动情况得到有效控制，塔楼自减振功能明显加强。
2、结构振动控制的相关理论
为保证所选取的控制技术在实际施工中发挥最大功用，设计建筑结构时必须根据施工现场情况，组建相应的动力响应模型，工程师模拟系统工作时，常采用以下方法建模：以牛顿力学为基础完成系统模型建立，维数高、难度大是此类模型的主要特点，若不需要进行动力学分析，或者对系统闭性能进行评价，一般不采用此种建模方式；利用辨识算法将结构设计数据输入到计算机中，在算法计算下得到相应的系统模型，结构数据不同得到的模型也存在差异，因此工程师要精确结构设计数据。在建立模型的基础上，熟练掌握相应的控制理论，在混合系统中，需要将阻尼、刚度等参数设计协调到一起，实现对结构的优化控制，协调参数矛盾，避免施工时对控制系统进行二次规划。在协调系统配置的情况下，对系统可行性进行检测，借助MATLAB软件对系统进行定性检测，LMI工具箱会将系统分解成线性矩阵，通过对输入、输出的约束分析，得到系统的可行性数值。
三、结构振动控制的前景展望
土木工程在研究抗震、减震的道路上研发出多项技术，结构控制技术是其中抗震设计效果较好的一项技术，同时为建筑结构减震打开一扇崭新的大门，改变传统直接减振法的缺陷，减震原理简单但效果显著，且操作简便，目前该项技术还在不断完善阶段，笔者对其未来发展进行如下总结：减震模型逐渐被简化，模型维度降低，对实际施工的模拟更加逼真；对非线性控制的研究逐渐深入，将智能、模糊等控制手段融合在非线性研究中，进而优化振动控制技术；混合控制目前还没有专门算法，相信在科技的发展下，会研究出集成度较高的混合控制算法。
结束语
柔性和大规模是现代土木工程发展的主要趋势，结构形式和功能也在不断变化。在满足人类多样化需求的同时，也要考虑到结构的稳定性。结构振动控制技术的出现，解决了结构抗震设计中的许多问题，在土木工程中发挥着重要作用。
参考文献：
[1]唐海龙.浅谈土木工程结构振动控制技术的发展[J].读书文摘，2017（5）：144.
[2]熊志.土木工程结构振动控制的研究现状与展望[J].建材发展导向（上），2018（10）：12.
[3]刘寅吉.浅谈土木工程结构振动控制技术[J].建筑工程技术与设计，2016（21）：531.
[4]杨宇航.试析土木工程结构振动控制的研究现状与展望[J].建筑工程技术与设计，2015（8）
[5]柏卓辰，罗森.土木工程结构振动控制的研究现状与展望[J].建材发展导向：下，2014（9）