建筑結(jié)構(gòu)減隔震及結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
一、傳統(tǒng)的抗震方法
地震是由于地面的運(yùn)動(dòng)，使地面上原來(lái)處于靜止的建筑物受到動(dòng)力作用而產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，因而在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生內(nèi)力、變形和位移。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后模型的動(dòng)力學(xué)分析，即一次次的震害分析進(jìn)行修正、補(bǔ)充，得到一些建筑物在地震作用下的反應(yīng)機(jī)理及破壞形式，提出了一些建筑物抗?fàn)幍挠?jì)算方法及設(shè)計(jì)的基本原則。這些在實(shí)際應(yīng)用中得到了很不錯(cuò)的效果。
1、概念設(shè)計(jì)的一些原則
1）總體屈服機(jī)制。例如強(qiáng)柱弱梁。
2）剛度與延性均衡。砌體結(jié)構(gòu)中為提高延性設(shè)構(gòu)造柱與圈梁，形成一個(gè)較弱的框架。
3）強(qiáng)度均勻。結(jié)構(gòu)在平面和立面上的承載力均勻。
4）多道抗震防線。
5）強(qiáng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。
6）避開(kāi)場(chǎng)地卓越周期區(qū)。
2、在此基礎(chǔ)上作結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析，其分析方法主要有：①地震荷載法；②振型分解法；③動(dòng)力時(shí)程分析法。現(xiàn)在還發(fā)展了push-over法、能力譜等方法。抗震設(shè)防目標(biāo)也從單一的、基于生命安全的性態(tài)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展到基于各種性態(tài)，強(qiáng)調(diào)“個(gè)性”設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理念。
3、傳統(tǒng)抗震方法的缺點(diǎn)與不足
傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)主要利用主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件屈服后的塑性變形能和滯回耗能來(lái)耗散地震能量，這使得這些區(qū)域的耗能性能變得特別重要，而一旦由于某些因素導(dǎo)致這些區(qū)域產(chǎn)生問(wèn)題，將嚴(yán)重影響到結(jié)構(gòu)的抗震性能，產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，由于破壞部位位于主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其修復(fù)是很難進(jìn)行的。
由于傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)是以防止結(jié)構(gòu)倒塌為目標(biāo)，其抗震性能在很大程度上依賴(lài)于結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的延性，以往的許多研究也注重于提高結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的延性方面，卻忽略了對(duì)結(jié)構(gòu)損傷程度的控制。
4、傳統(tǒng)的抗震方法在提高結(jié)構(gòu)性能方面有較多困難。
傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)的耗能能力主要依賴(lài)于主體結(jié)構(gòu)的延性。既要求主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，又要求延性好，很難實(shí)現(xiàn)。
1）框架結(jié)構(gòu)
許多研究者推薦強(qiáng)柱弱梁體系作為最合適的抗震框架體系。該體系可將地震輸入能量分散在結(jié)構(gòu)的許多部位耗散掉，甚至可以控制塑性鉸出現(xiàn)的順序與部位，延性對(duì)于使建筑物在罕遇地震中保存下來(lái)固然很重要，但這些預(yù)期的塑性鉸區(qū)在中等程度的地震中也會(huì)產(chǎn)生，延性也同時(shí)應(yīng)被看作是一種“破壞”。后期修復(fù)費(fèi)用也很高。
2）剪力墻結(jié)構(gòu)
剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有抗側(cè)剛度大，在水平地震作用下的側(cè)移小，其總的水平地震作用也大等特點(diǎn)，常見(jiàn)的震害一般來(lái)說(shuō)為墻面的斜向裂縫或是底部樓層的水平施工縫發(fā)生水平錯(cuò)動(dòng)，當(dāng)?shù)撞壳螅袅Φ目箓?cè)作用就很小，且剪力墻的耗能也基本集中與底部塑性鉸區(qū)域，上部墻體對(duì)抵御強(qiáng)震無(wú)顯著作用。而且剪力墻要承擔(dān)一定的豎向荷載，因此底部的破壞也十分難修復(fù)。
3）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)
從抗震概念設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)具有了多道抗震防線。有框架和墻體組成的抗震結(jié)構(gòu)中，框架的剛度小，承擔(dān)的地震作用力小，而彈性極限變形值和延性卻較小。整個(gè)結(jié)構(gòu)在地震作用下，墻體很快超過(guò)自身的較小彈性極限變形，出現(xiàn)裂縫，水平承載力下降，此時(shí)框架尚未充分發(fā)揮自身的水平抗力；墻體開(kāi)裂后，框架承擔(dān)的地震力增大，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)剛度的變化，地震作用效應(yīng)也發(fā)生了變化。但無(wú)論是剪力墻還是框架，都是主體結(jié)構(gòu)的一部分，損傷壞后的修復(fù)工作都是比較困難的，而且花費(fèi)也不小。
二、減振、隔震和振動(dòng)控制的現(xiàn)狀
鑒于上述傳統(tǒng)抗震方法的缺點(diǎn)與不足，并在全部了解地震引起結(jié)構(gòu)震動(dòng)的全過(guò)程。由震源產(chǎn)生地震動(dòng)，通過(guò)傳播途徑傳遞到結(jié)構(gòu)上，從而引起結(jié)構(gòu)的震動(dòng)反應(yīng)。通過(guò)在不同階段采取震動(dòng)方法控制措施，就成為不同的積極抗震方法。大致包括以下四點(diǎn)：
①震源→消震
消震是通過(guò)減弱震源震動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到減小結(jié)構(gòu)震動(dòng)的方法，由于地震源難以確定，且其規(guī)模宏大，目前還沒(méi)有有效可行的措施將震源強(qiáng)度減弱到預(yù)定的水平。
②傳播途徑→隔震
隔震是通過(guò)某種裝置將地震與結(jié)構(gòu)隔開(kāi)，其作用是減弱和改變地震動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)作用的強(qiáng)度和方式，以此達(dá)到減少結(jié)構(gòu)震動(dòng)的目的。隔震方法主要有基底隔震和懸掛隔震兩種。
③結(jié)構(gòu)→被動(dòng)減震
被動(dòng)減震是通過(guò)采取一定的措施或附加子結(jié)構(gòu)吸收和消耗地震傳遞給主結(jié)構(gòu)的能量，達(dá)到減小結(jié)構(gòu)震動(dòng)的目的。被動(dòng)減震方法有耗能減震，沖擊減震和吸震減震。
④反應(yīng)→主動(dòng)減震
主動(dòng)減震是根據(jù)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，通過(guò)地震系統(tǒng)地執(zhí)行機(jī)，主動(dòng)給結(jié)構(gòu)施加控制力，達(dá)到減小結(jié)構(gòu)震動(dòng)的目的。
結(jié)構(gòu)隔震、減震方法的研究和應(yīng)用開(kāi)始于60年代，70年代以來(lái)發(fā)展速度很快。這種積極的結(jié)構(gòu)抗震方法與傳統(tǒng)的消極抗震方法相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：
①能大大減小結(jié)構(gòu)所收得的地震作用，從而可減低結(jié)構(gòu)造價(jià)，提高結(jié)構(gòu)抗?fàn)幍目煽慷取４送猓粽鸱椒軌蜉^準(zhǔn)確地控制傳到結(jié)構(gòu)上的最大地震力，從而克服了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)難以準(zhǔn)確確定載荷的困難。
②能大大減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形，保證非結(jié)構(gòu)構(gòu)件不受地震破壞，從而減少震后維修費(fèi)用，對(duì)于典型的現(xiàn)代化建筑，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如玻璃幕墻，飾面，公用設(shè)施等）的造價(jià)甚至占整個(gè)房屋總造價(jià)的80%以上。
③隔震、減震裝置即使震后產(chǎn)生較大的永久變形或損壞，其復(fù)位、更換、維修結(jié)構(gòu)構(gòu)件方便、經(jīng)濟(jì)。
④用于高技術(shù)精密加工設(shè)備、核工業(yè)設(shè)備等的結(jié)構(gòu)物，只能用隔震、減震的方法滿足嚴(yán)格的抗震要求。
（一）隔震
1、基地隔震
1)夾層橡膠墊隔震裝置
用于隔震裝置的橡膠墊塊，可用天然橡膠，也可用人工合成橡膠（氯丁膠）。為提高墊塊的垂直承載力和豎向剛度，橡膠墊塊一般由橡膠片與薄銅板疊合而成。
2)鉛芯橡膠支座
這樣就使支座具有足夠的初始剛度，在風(fēng)荷來(lái)和制動(dòng)力等常見(jiàn)載荷作用下保持具有足夠的剛度，以滿足正常使用要求，但強(qiáng)地震發(fā)生時(shí)，裝置柔性滑動(dòng)，體系進(jìn)入消能狀態(tài)。
3)滾珠（或滾軸）隔震
有自復(fù)位能力的；有加銅拉桿風(fēng)穩(wěn)定裝置；橫向油壓千斤頂位的。另外，還有加消能裝置的，消能裝置有軟消能桿剪，鉛擠壓消能器，油阻尼器，光阻尼器等。
4)懸掛基礎(chǔ)隔震
5)搖擺支座隔震
同原理還有踏步式隔震制作，用于細(xì)高的結(jié)構(gòu)物，如煙囟、橋墩、柜體筒體建筑物等。
6)滑動(dòng)支座隔震
上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置相互滑動(dòng)的滑板。風(fēng)載、制動(dòng)力或小震時(shí)，靜摩擦力使結(jié)構(gòu)固結(jié)于基礎(chǔ)上；大震時(shí)；結(jié)構(gòu)水平滑動(dòng)，減小地震作用，并以其摩擦阻尼消耗地震能源。
為控制滑板間的摩擦力，使之滿足隔震要求；在滑板間可以加設(shè)滑層。目前常用的滑層有：涂層滑層（聚氯乙烯）、粉粒滑層（鉛粒、沙粒、滑石、石墨等）。
2、懸掛隔震
懸掛隔震使將結(jié)構(gòu)的全部或大部分質(zhì)量懸掛起來(lái)，是地震動(dòng)傳遞不到主體質(zhì)量上，產(chǎn)生較小的慣性力，從而起到隔震作用。懸掛結(jié)構(gòu)在橋梁、火電廠鍋爐架等方面有大量應(yīng)用。著名的43層香港匯豐銀行新大樓采用的就是懸掛結(jié)構(gòu)。
懸掛結(jié)構(gòu)懸桿受力較大，須采用高強(qiáng)鋼，而高強(qiáng)鋼忍性差，在豎向地震作用時(shí)易拉斷。為減小豎向地震作用，可在吊點(diǎn)設(shè)減震彈簧，并配合使用阻尼器。
3、隔震應(yīng)用的注意事項(xiàng)：
1)隔震實(shí)際上會(huì)使原有結(jié)構(gòu)的固有周期演唱，在下列情況下不宜采用隔震設(shè)計(jì)：
①基礎(chǔ)土層不穩(wěn)定；
②下部結(jié)構(gòu)變性大，原有結(jié)構(gòu)的固有周期比較長(zhǎng)；
③位于軟弱場(chǎng)地，延長(zhǎng)周期可能引起共振；
④制作中出現(xiàn)負(fù)反力；
2)隔震裝置必須具有足夠的初始剛度，這樣能滿足正常使用要求。當(dāng)強(qiáng)震發(fā)生時(shí)，裝置柔性消震，體系進(jìn)入消能狀態(tài)。
3)隔震裝置能使結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)面上柔性滑動(dòng)，在地震來(lái)時(shí)這樣必然會(huì)產(chǎn)生很大的位移。為減低結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)，隔震裝置應(yīng)提供較大的阻尼，具有較大的消能能力。
4、隔震體系的優(yōu)點(diǎn)：
1)明顯有效地減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。從振動(dòng)臺(tái)地震模擬試驗(yàn)結(jié)果及美國(guó)，日本建造的隔整結(jié)構(gòu)在地震中的強(qiáng)震記錄得知，隔振體系的結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)只相當(dāng)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)固定）加速度反應(yīng)的1/3——1/10。這種減震效果是一般傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)所望塵莫及的。從而能非常有效地保護(hù)結(jié)構(gòu)物或內(nèi)部設(shè)備在強(qiáng)地震沖擊下免遭任何毀壞。
2)確保安全。在地面劇烈震動(dòng)時(shí)，上部結(jié)構(gòu)仍能處于正常的彈性工作狀態(tài)。這既適用于一般民用建筑結(jié)構(gòu)，確保居民在強(qiáng)地震中的絕對(duì)安全，也適用于某些重要結(jié)構(gòu)物和重要設(shè)備。 [NextPage]
3)減低房屋造價(jià)。從汕頭，廣州，西昌等地建造隔震房屋得知，多層隔震房屋比傳統(tǒng)多層隔震房屋節(jié)省房屋土建造價(jià)：7度區(qū)節(jié)省3——6%，8度區(qū)節(jié)省8——14%，9度區(qū)節(jié)省15——20%。并且安全度大大提高。
4)抗震措施簡(jiǎn)單明了。抗震涉及的對(duì)象從考慮整個(gè)結(jié)構(gòu)物的復(fù)雜的不明確的抗震措施轉(zhuǎn)變?yōu)橹豢紤]隔震裝置，簡(jiǎn)單明了。結(jié)構(gòu)物本身與一般非地震區(qū)的做法無(wú)疑，設(shè)計(jì)施工大大簡(jiǎn)化。
5)震后修復(fù)方便：地震后，只對(duì)隔震裝置進(jìn)行必要的檢查更換。而無(wú)需考慮建筑結(jié)構(gòu)物本身的修復(fù)，地震后可很快恢復(fù)正產(chǎn)生活或生產(chǎn)，這帶來(lái)極明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
（二）被動(dòng)減震
1、耗能減震
1)結(jié)構(gòu)消能減震體系的特點(diǎn)：
結(jié)構(gòu)消能減震體系是把結(jié)構(gòu)的某些非承重構(gòu)件（如支撐剪力墻等）設(shè)計(jì)成消能桿剪，或在結(jié)構(gòu)物的某些部位（節(jié)點(diǎn)或連接）裝設(shè)阻尼器，在風(fēng)荷載輕微地震時(shí)，這些消能桿件或阻尼器仍處于剛彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)物仍具有足夠的側(cè)向剛度以滿足正常使用要求，在強(qiáng)地震發(fā)生時(shí)，隨著結(jié)構(gòu)受力和變形的增大，這些消能桿件和阻尼器，率先進(jìn)入非彈性變形狀態(tài)，產(chǎn)生較大阻尼，大連消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量，從而使主體結(jié)構(gòu)避免進(jìn)入明顯的非彈性狀態(tài)并迅速衰減結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，從而保護(hù)主體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震中免遭損失。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震體系相比較，它有如下的優(yōu)越性：
①傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震體系是把結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件（梁、柱、節(jié)點(diǎn)）作為消能構(gòu)件，地震中受損壞的是這些承重構(gòu)件，甚至導(dǎo)致房屋倒塌。而消能減震體系則是以非承重構(gòu)件作為消能構(gòu)件或另設(shè)阻尼器，他們的損壞過(guò)程是保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的過(guò)程，所以是安全可靠的。
②震后易于修復(fù)或更換，是建筑結(jié)構(gòu)物迅速恢復(fù)使用。
③可利用結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件（支撐、剪力墻等）作為消能桿件，無(wú)需專(zhuān)設(shè)。
④有效地衰減結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。
由于上述的優(yōu)越性，消能減震體系被廣泛用于高層建筑的抗震，高聳構(gòu)筑物（塔、架等）的抗震或抗風(fēng)，單層工業(yè)廠房排架縱向抗震，管線系統(tǒng)減震保護(hù)等。
2)結(jié)構(gòu)消能減震體系的設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用：消能減震體系按其消能裝置的不同，可分為二類(lèi)：
①消能構(gòu)件減震體系：
利用結(jié)構(gòu)的非承重構(gòu)件作為消能裝置的結(jié)構(gòu)減震體系。常用的消能構(gòu)件有：
消能支撐：耗能交叉支撐，摩擦耗能支撐，耗能偏心支撐，耗能隔撐。一般支撐桿件大都用軟鋼制作，取材容易，屈服點(diǎn)適當(dāng)，延性好，故有較高的消能減震性能。構(gòu)件大都采用非彈性“彎曲”變形的消能減震性能，具有較高抵抗周疲勞破壞的能力。
消能剪力墻：豎縫消能剪力強(qiáng)、橫縫消能剪力墻、周邊縫消能剪力墻等。其混凝土的接縫面可以填充粘性材料能或用鋼筋聯(lián)接。強(qiáng)地震時(shí)，出現(xiàn)非彈性的縫面錯(cuò)動(dòng)，產(chǎn)生阻尼，消耗地震能量。
②阻尼器消能減震體系：在結(jié)構(gòu)的某些部位（支撐桿件、剪力墻與邊框聯(lián)結(jié)處、梁柱節(jié)點(diǎn)處等）裝設(shè)阻尼器（軟鋼阻尼器、擠壓鉛阻尼器、摩擦阻尼器、粘彈性阻尼器等）。在強(qiáng)地震時(shí)，結(jié)構(gòu)物這些部位發(fā)生較大變形，從而使裝設(shè)在該部位的阻尼器有效的發(fā)揮消能作用。
2、沖擊減震
沖擊減震是依靠附加活動(dòng)質(zhì)量與結(jié)構(gòu)之間的非完全彈性碰撞達(dá)到交換動(dòng)量和耗散動(dòng)能進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的技術(shù)。
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般在結(jié)構(gòu)的某部位（常在頂部）懸掛擺錘。結(jié)構(gòu)震動(dòng)時(shí)，擺錘撞擊結(jié)構(gòu)使結(jié)構(gòu)震動(dòng)衰減。另外，擺錘還兼有吸振器的功能。
3、吸振減震
吸震減震是通過(guò)附加子結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)的震動(dòng)發(fā)生位移，即使結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量在原結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)之間重新分配，從而達(dá)到減小結(jié)構(gòu)震動(dòng)的目的。
目前，工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用的吸震減震裝置主要有：調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（簡(jiǎn)稱(chēng)TMD）,調(diào)液（柱）阻尼器（簡(jiǎn)稱(chēng)TLD或TLCD）懸吊質(zhì)量擺阻尼器（簡(jiǎn)稱(chēng)SMPD）和質(zhì)量放大器。
（三）主動(dòng)控制減震
主動(dòng)控制減震體系是利用外部能源，在結(jié)構(gòu)受地震激勵(lì)震動(dòng)過(guò)程中，瞬時(shí)改變結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和施加控制力，以衰減結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的自動(dòng)控制體系。
主動(dòng)控制體系中的控制器有三部分組成。
①傳感器。安裝在結(jié)構(gòu)上，測(cè)量結(jié)構(gòu)所受外部激勵(lì)或結(jié)構(gòu)反應(yīng)或兩者，將測(cè)量的信息傳遞給控制器的處理器。
②處理器。處理測(cè)得的信息，根據(jù)給定的控制算法，計(jì)算所需的控制力，并將控制信息傳遞給控制器中的致動(dòng)器。
③致動(dòng)器。根據(jù)控制信息，有外部供給能源產(chǎn)生所需的控制力，從而減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)反映。
根據(jù)控制器的工作方式，主動(dòng)控制體系分三種類(lèi)型：
①開(kāi)環(huán)控制。根據(jù)外部激勵(lì)信息調(diào)整控制力。
②閉環(huán)控制。根據(jù)結(jié)構(gòu)反應(yīng)信息調(diào)整控制力。
③開(kāi)筆環(huán)控制。根據(jù)外部激勵(lì)和結(jié)構(gòu)反應(yīng)的綜合信息調(diào)整控制力。
主動(dòng)控制是振動(dòng)控制的現(xiàn)代方法，他已廣泛用于電子工程，機(jī)械工程，航空航天工程等領(lǐng)域，但在土木工程中應(yīng)用該方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制尚是一個(gè)新興研究方向。
結(jié)構(gòu)震動(dòng)主動(dòng)控制裝置
①主動(dòng)拉索。主動(dòng)拉索控制系統(tǒng)由連接在結(jié)構(gòu)上的預(yù)應(yīng)力鋼拉索構(gòu)成，在拉索上安裝一套液壓伺服機(jī)系統(tǒng)。
②主動(dòng)調(diào)頻質(zhì)量阻尼器。是在TMD的基礎(chǔ)上增加主動(dòng)控制力而構(gòu)成的減震器。
③氣體脈沖發(fā)生器。這是一種通過(guò)噴管釋放高壓氣體產(chǎn)生脈沖動(dòng)力，以減弱結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)的裝置。
（四）半主動(dòng)控制和混合控制
1、半主動(dòng)控制
半主動(dòng)控制兼有被動(dòng)控制和主動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)。它具備主動(dòng)控制的效果又只需很小的電能通過(guò)調(diào)節(jié)和改變結(jié)構(gòu)的性能減小地震反應(yīng)，因此比較適合于改善工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防。
1)變阻尼半主動(dòng)控制
對(duì)變阻尼半主動(dòng)控制的研究一度非常活躍，其目的在于尋找比定阻尼系統(tǒng)更好的減震效果，但事實(shí)上人們?cè)缫阎溃枘岬臏p振效果是有條件的。但單自由度體系基座受到簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)激勵(lì)時(shí)，阻尼愈大，結(jié)構(gòu)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)（位移、速度和加速度）不斷減少；對(duì)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)則不然，當(dāng)干擾頻率與自振頻率的比值時(shí)，增大阻尼反而會(huì)使絕對(duì)位移、速度和加速度反應(yīng)增大。在地震作用下也可能出現(xiàn)類(lèi)似的情況。
這說(shuō)明對(duì)中、短周期的結(jié)構(gòu)，當(dāng)設(shè)計(jì)地震動(dòng)的主要周期較短時(shí)，不必要采用半主動(dòng)變阻尼系統(tǒng)。但是對(duì)于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)，采用半主動(dòng)變阻尼控制方法與采用上限阻尼時(shí)相比可以明顯地減小絕對(duì)加速度反應(yīng)，對(duì)相對(duì)反應(yīng)也無(wú)不利影響。看來(lái)只有當(dāng)需要同時(shí)減小長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移反應(yīng)和絕對(duì)加速度反應(yīng)時(shí)才有必要采用變阻尼半主動(dòng)控制。
常見(jiàn)的變阻尼半主動(dòng)控制有變孔徑油阻尼器、電流變阻尼器、磁流變阻尼器、變摩擦可控阻尼器、調(diào)諧質(zhì)量可控阻尼器。
2) 變剛度半主動(dòng)控制系統(tǒng)（AVS）
日本鹿島公司在他們的大型振動(dòng)臺(tái)控制樓上采用了AVS系統(tǒng)以減小中震和大震中的反應(yīng)。在此系統(tǒng)中，應(yīng)用液壓元件改變剛性支撐和大梁的連接條件，隨時(shí)調(diào)節(jié)層間剛度，避免共振。
變剛度和變阻尼系統(tǒng)應(yīng)屬于變結(jié)構(gòu)控制的范疇，其理論基礎(chǔ)在自動(dòng)控制領(lǐng)域中已有深入地研究。在變剛度半制動(dòng)控制系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)的層間水平剛度可以在其最大值和最小值之間跳躍或隨意調(diào)節(jié)。當(dāng)強(qiáng)震地面運(yùn)動(dòng)的主要頻率不在被控結(jié)構(gòu)自振頻率的可能的變化范圍以內(nèi)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)將產(chǎn)生什么樣的影響則是值得研究的問(wèn)題。
2、混合控制
將主動(dòng)控制與被動(dòng)控制結(jié)合起來(lái)應(yīng)用或采用其它復(fù)合控制方式通常稱(chēng)為混合控制，其最常用的形式是用作動(dòng)器拖動(dòng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（HMS）。
主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制和混合控制由于都需要實(shí)時(shí)觀測(cè)結(jié)構(gòu)反應(yīng)并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和反饋控制，系統(tǒng)極為復(fù)雜，在推廣應(yīng)用方面受制于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件。相比之下以增加結(jié)構(gòu)阻尼、避免共振的被動(dòng)控制技術(shù)則更適合在眾多的實(shí)際工程中應(yīng)用。
三、今后的發(fā)展趨勢(shì)
傳統(tǒng)的依賴(lài)結(jié)構(gòu)延性的抗震措施是以一定的損傷為代價(jià)減小地震反應(yīng)，應(yīng)用見(jiàn)證效能技術(shù)則可以減小結(jié)構(gòu)本身的損傷，對(duì)各類(lèi)結(jié)構(gòu)基本上能使用，其減震效果對(duì)地面運(yùn)動(dòng)特性依賴(lài)性較小，耗資也不是很大，因此是可以廣泛使用的方法。值得注意的是增大阻尼在減小結(jié)構(gòu)相對(duì)位移反應(yīng)和變形的過(guò)程中有時(shí)會(huì)使結(jié)構(gòu)的絕對(duì)速度和加速度增大，從而對(duì)內(nèi)部設(shè)備和人員帶來(lái)某些不利影響。
基礎(chǔ)隔震對(duì)在短周期內(nèi)地面運(yùn)動(dòng)影響下的中短周期結(jié)構(gòu)而言，其減震效果比消能技術(shù)更好，但對(duì)地面運(yùn)動(dòng)輸入特性比較敏感，不能完全消除共振的危險(xiǎn)性。半主動(dòng)控制和混合控制方法可以滿足不同的設(shè)防要求，對(duì)地面運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)本身不確定性的地適應(yīng)能力更強(qiáng)，可以提高結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性，引入智能元件以后，效果會(huì)更好，因此是值得重視的新領(lǐng)域。此外尚應(yīng)在不同學(xué)科和專(zhuān)業(yè)之間開(kāi)展合作和交叉研究，開(kāi)發(fā)使用的裝置、機(jī)構(gòu)和配套技術(shù)，盡快形成新的產(chǎn)業(yè)，以支持新技術(shù)的推廣應(yīng)用。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究和應(yīng)用需要講傳統(tǒng)的建造技術(shù)與高新技術(shù)相結(jié)合，使結(jié)構(gòu)的安全保障系統(tǒng)成為智能結(jié)構(gòu)的重要組成部分，為人類(lèi)營(yíng)造一個(gè)更加安全舒適的工作和生活環(huán)境。
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地震是由于地面的運(yùn)動(dòng)，使地面上原來(lái)處于靜止的建筑物受到動(dòng)力作用而產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，因而在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生內(nèi)力、變形和位移。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后模型的動(dòng)力學(xué)分析，即一次次的震害分析進(jìn)行修正、補(bǔ)充，得到一些建筑物在地震作用下的反應(yīng)機(jī)理及破壞形式，提出了一些建筑物抗?fàn)幍挠?jì)算方法及設(shè)計(jì)的基本原則。這些在實(shí)際應(yīng)用中得到了很不錯(cuò)的效果。
1、概念設(shè)計(jì)的一些原則
1）總體屈服機(jī)制。例如強(qiáng)柱弱梁。
2）剛度與延性均衡。砌體結(jié)構(gòu)中為提高延性設(shè)構(gòu)造柱與圈梁，形成一個(gè)較弱的框架。
3）強(qiáng)度均勻。結(jié)構(gòu)在平面和立面上的承載力均勻。
4）多道抗震防線。
5）強(qiáng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。
6）避開(kāi)場(chǎng)地卓越周期區(qū)。
2、在此基礎(chǔ)上作結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析，其分析方法主要有：①地震荷載法；②振型分解法；③動(dòng)力時(shí)程分析法。現(xiàn)在還發(fā)展了push-over法、能力譜等方法。抗震設(shè)防目標(biāo)也從單一的、基于生命安全的性態(tài)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展到基于各種性態(tài)，強(qiáng)調(diào)“個(gè)性”設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理念。
3、傳統(tǒng)抗震方法的缺點(diǎn)與不足
傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)主要利用主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件屈服后的塑性變形能和滯回耗能來(lái)耗散地震能量，這使得這些區(qū)域的耗能性能變得特別重要，而一旦由于某些因素導(dǎo)致這些區(qū)域產(chǎn)生問(wèn)題，將嚴(yán)重影響到結(jié)構(gòu)的抗震性能，產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，由于破壞部位位于主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其修復(fù)是很難進(jìn)行的。
由于傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)是以防止結(jié)構(gòu)倒塌為目標(biāo)，其抗震性能在很大程度上依賴(lài)于結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的延性，以往的許多研究也注重于提高結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的延性方面，卻忽略了對(duì)結(jié)構(gòu)損傷程度的控制。
4、傳統(tǒng)的抗震方法在提高結(jié)構(gòu)性能方面有較多困難。
傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)的耗能能力主要依賴(lài)于主體結(jié)構(gòu)的延性。既要求主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，又要求延性好，很難實(shí)現(xiàn)。
1）框架結(jié)構(gòu)
許多研究者推薦強(qiáng)柱弱梁體系作為最合適的抗震框架體系。該體系可將地震輸入能量分散在結(jié)構(gòu)的許多部位耗散掉，甚至可以控制塑性鉸出現(xiàn)的順序與部位，延性對(duì)于使建筑物在罕遇地震中保存下來(lái)固然很重要，但這些預(yù)期的塑性鉸區(qū)在中等程度的地震中也會(huì)產(chǎn)生，延性也同時(shí)應(yīng)被看作是一種“破壞”。后期修復(fù)費(fèi)用也很高。
2）剪力墻結(jié)構(gòu)
剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有抗側(cè)剛度大，在水平地震作用下的側(cè)移小，其總的水平地震作用也大等特點(diǎn)，常見(jiàn)的震害一般來(lái)說(shuō)為墻面的斜向裂縫或是底部樓層的水平施工縫發(fā)生水平錯(cuò)動(dòng)，當(dāng)?shù)撞壳螅袅Φ目箓?cè)作用就很小，且剪力墻的耗能也基本集中與底部塑性鉸區(qū)域，上部墻體對(duì)抵御強(qiáng)震無(wú)顯著作用。而且剪力墻要承擔(dān)一定的豎向荷載，因此底部的破壞也十分難修復(fù)。
3）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)
從抗震概念設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)具有了多道抗震防線。有框架和墻體組成的抗震結(jié)構(gòu)中，框架的剛度小，承擔(dān)的地震作用力小，而彈性極限變形值和延性卻較小。整個(gè)結(jié)構(gòu)在地震作用下，墻體很快超過(guò)自身的較小彈性極限變形，出現(xiàn)裂縫，水平承載力下降，此時(shí)框架尚未充分發(fā)揮自身的水平抗力；墻體開(kāi)裂后，框架承擔(dān)的地震力增大，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)剛度的變化，地震作用效應(yīng)也發(fā)生了變化。但無(wú)論是剪力墻還是框架，都是主體結(jié)構(gòu)的一部分，損傷壞后的修復(fù)工作都是比較困難的，而且花費(fèi)也不小。
二、減振、隔震和振動(dòng)控制的現(xiàn)狀
鑒于上述傳統(tǒng)抗震方法的缺點(diǎn)與不足，并在全部了解地震引起結(jié)構(gòu)震動(dòng)的全過(guò)程。由震源產(chǎn)生地震動(dòng)，通過(guò)傳播途徑傳遞到結(jié)構(gòu)上，從而引起結(jié)構(gòu)的震動(dòng)反應(yīng)。通過(guò)在不同階段采取震動(dòng)方法控制措施，就成為不同的積極抗震方法。大致包括以下四點(diǎn)：
①震源→消震
消震是通過(guò)減弱震源震動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到減小結(jié)構(gòu)震動(dòng)的方法，由于地震源難以確定，且其規(guī)模宏大，目前還沒(méi)有有效可行的措施將震源強(qiáng)度減弱到預(yù)定的水平。
②傳播途徑→隔震
隔震是通過(guò)某種裝置將地震與結(jié)構(gòu)隔開(kāi)，其作用是減弱和改變地震動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)作用的強(qiáng)度和方式，以此達(dá)到減少結(jié)構(gòu)震動(dòng)的目的。隔震方法主要有基底隔震和懸掛隔震兩種。
③結(jié)構(gòu)→被動(dòng)減震
被動(dòng)減震是通過(guò)采取一定的措施或附加子結(jié)構(gòu)吸收和消耗地震傳遞給主結(jié)構(gòu)的能量，達(dá)到減小結(jié)構(gòu)震動(dòng)的目的。被動(dòng)減震方法有耗能減震，沖擊減震和吸震減震。
④反應(yīng)→主動(dòng)減震
主動(dòng)減震是根據(jù)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，通過(guò)地震系統(tǒng)地執(zhí)行機(jī)，主動(dòng)給結(jié)構(gòu)施加控制力，達(dá)到減小結(jié)構(gòu)震動(dòng)的目的。
結(jié)構(gòu)隔震、減震方法的研究和應(yīng)用開(kāi)始于60年代，70年代以來(lái)發(fā)展速度很快。這種積極的結(jié)構(gòu)抗震方法與傳統(tǒng)的消極抗震方法相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：
①能大大減小結(jié)構(gòu)所收得的地震作用，從而可減低結(jié)構(gòu)造價(jià)，提高結(jié)構(gòu)抗?fàn)幍目煽慷取４送猓粽鸱椒軌蜉^準(zhǔn)確地控制傳到結(jié)構(gòu)上的最大地震力，從而克服了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)難以準(zhǔn)確確定載荷的困難。
②能大大減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形，保證非結(jié)構(gòu)構(gòu)件不受地震破壞，從而減少震后維修費(fèi)用，對(duì)于典型的現(xiàn)代化建筑，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如玻璃幕墻，飾面，公用設(shè)施等）的造價(jià)甚至占整個(gè)房屋總造價(jià)的80%以上。
③隔震、減震裝置即使震后產(chǎn)生較大的永久變形或損壞，其復(fù)位、更換、維修結(jié)構(gòu)構(gòu)件方便、經(jīng)濟(jì)。
④用于高技術(shù)精密加工設(shè)備、核工業(yè)設(shè)備等的結(jié)構(gòu)物，只能用隔震、減震的方法滿足嚴(yán)格的抗震要求。
（一）隔震
1、基地隔震
1)夾層橡膠墊隔震裝置
用于隔震裝置的橡膠墊塊，可用天然橡膠，也可用人工合成橡膠（氯丁膠）。為提高墊塊的垂直承載力和豎向剛度，橡膠墊塊一般由橡膠片與薄銅板疊合而成。
2)鉛芯橡膠支座
這樣就使支座具有足夠的初始剛度，在風(fēng)荷來(lái)和制動(dòng)力等常見(jiàn)載荷作用下保持具有足夠的剛度，以滿足正常使用要求，但強(qiáng)地震發(fā)生時(shí)，裝置柔性滑動(dòng)，體系進(jìn)入消能狀態(tài)。
3)滾珠（或滾軸）隔震
有自復(fù)位能力的；有加銅拉桿風(fēng)穩(wěn)定裝置；橫向油壓千斤頂位的。另外，還有加消能裝置的，消能裝置有軟消能桿剪，鉛擠壓消能器，油阻尼器，光阻尼器等。
4)懸掛基礎(chǔ)隔震
5)搖擺支座隔震
同原理還有踏步式隔震制作，用于細(xì)高的結(jié)構(gòu)物，如煙囟、橋墩、柜體筒體建筑物等。
6)滑動(dòng)支座隔震
上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置相互滑動(dòng)的滑板。風(fēng)載、制動(dòng)力或小震時(shí)，靜摩擦力使結(jié)構(gòu)固結(jié)于基礎(chǔ)上；大震時(shí)；結(jié)構(gòu)水平滑動(dòng)，減小地震作用，并以其摩擦阻尼消耗地震能源。
為控制滑板間的摩擦力，使之滿足隔震要求；在滑板間可以加設(shè)滑層。目前常用的滑層有：涂層滑層（聚氯乙烯）、粉粒滑層（鉛粒、沙粒、滑石、石墨等）。
2、懸掛隔震
懸掛隔震使將結(jié)構(gòu)的全部或大部分質(zhì)量懸掛起來(lái)，是地震動(dòng)傳遞不到主體質(zhì)量上，產(chǎn)生較小的慣性力，從而起到隔震作用。懸掛結(jié)構(gòu)在橋梁、火電廠鍋爐架等方面有大量應(yīng)用。著名的43層香港匯豐銀行新大樓采用的就是懸掛結(jié)構(gòu)。
懸掛結(jié)構(gòu)懸桿受力較大，須采用高強(qiáng)鋼，而高強(qiáng)鋼忍性差，在豎向地震作用時(shí)易拉斷。為減小豎向地震作用，可在吊點(diǎn)設(shè)減震彈簧，并配合使用阻尼器。
3、隔震應(yīng)用的注意事項(xiàng)：
1)隔震實(shí)際上會(huì)使原有結(jié)構(gòu)的固有周期演唱，在下列情況下不宜采用隔震設(shè)計(jì)：
①基礎(chǔ)土層不穩(wěn)定；
②下部結(jié)構(gòu)變性大，原有結(jié)構(gòu)的固有周期比較長(zhǎng)；
③位于軟弱場(chǎng)地，延長(zhǎng)周期可能引起共振；
④制作中出現(xiàn)負(fù)反力；
2)隔震裝置必須具有足夠的初始剛度，這樣能滿足正常使用要求。當(dāng)強(qiáng)震發(fā)生時(shí)，裝置柔性消震，體系進(jìn)入消能狀態(tài)。
3)隔震裝置能使結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)面上柔性滑動(dòng)，在地震來(lái)時(shí)這樣必然會(huì)產(chǎn)生很大的位移。為減低結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)，隔震裝置應(yīng)提供較大的阻尼，具有較大的消能能力。
4、隔震體系的優(yōu)點(diǎn)：
1)明顯有效地減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。從振動(dòng)臺(tái)地震模擬試驗(yàn)結(jié)果及美國(guó)，日本建造的隔整結(jié)構(gòu)在地震中的強(qiáng)震記錄得知，隔振體系的結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)只相當(dāng)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)固定）加速度反應(yīng)的1/3——1/10。這種減震效果是一般傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)所望塵莫及的。從而能非常有效地保護(hù)結(jié)構(gòu)物或內(nèi)部設(shè)備在強(qiáng)地震沖擊下免遭任何毀壞。
2)確保安全。在地面劇烈震動(dòng)時(shí)，上部結(jié)構(gòu)仍能處于正常的彈性工作狀態(tài)。這既適用于一般民用建筑結(jié)構(gòu)，確保居民在強(qiáng)地震中的絕對(duì)安全，也適用于某些重要結(jié)構(gòu)物和重要設(shè)備。 [NextPage]
3)減低房屋造價(jià)。從汕頭，廣州，西昌等地建造隔震房屋得知，多層隔震房屋比傳統(tǒng)多層隔震房屋節(jié)省房屋土建造價(jià)：7度區(qū)節(jié)省3——6%，8度區(qū)節(jié)省8——14%，9度區(qū)節(jié)省15——20%。并且安全度大大提高。
4)抗震措施簡(jiǎn)單明了。抗震涉及的對(duì)象從考慮整個(gè)結(jié)構(gòu)物的復(fù)雜的不明確的抗震措施轉(zhuǎn)變?yōu)橹豢紤]隔震裝置，簡(jiǎn)單明了。結(jié)構(gòu)物本身與一般非地震區(qū)的做法無(wú)疑，設(shè)計(jì)施工大大簡(jiǎn)化。
5)震后修復(fù)方便：地震后，只對(duì)隔震裝置進(jìn)行必要的檢查更換。而無(wú)需考慮建筑結(jié)構(gòu)物本身的修復(fù)，地震后可很快恢復(fù)正產(chǎn)生活或生產(chǎn)，這帶來(lái)極明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
（二）被動(dòng)減震
1、耗能減震
1)結(jié)構(gòu)消能減震體系的特點(diǎn)：
結(jié)構(gòu)消能減震體系是把結(jié)構(gòu)的某些非承重構(gòu)件（如支撐剪力墻等）設(shè)計(jì)成消能桿剪，或在結(jié)構(gòu)物的某些部位（節(jié)點(diǎn)或連接）裝設(shè)阻尼器，在風(fēng)荷載輕微地震時(shí)，這些消能桿件或阻尼器仍處于剛彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)物仍具有足夠的側(cè)向剛度以滿足正常使用要求，在強(qiáng)地震發(fā)生時(shí)，隨著結(jié)構(gòu)受力和變形的增大，這些消能桿件和阻尼器，率先進(jìn)入非彈性變形狀態(tài)，產(chǎn)生較大阻尼，大連消耗輸入結(jié)構(gòu)的地震能量，從而使主體結(jié)構(gòu)避免進(jìn)入明顯的非彈性狀態(tài)并迅速衰減結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，從而保護(hù)主體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震中免遭損失。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震體系相比較，它有如下的優(yōu)越性：
①傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震體系是把結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件（梁、柱、節(jié)點(diǎn)）作為消能構(gòu)件，地震中受損壞的是這些承重構(gòu)件，甚至導(dǎo)致房屋倒塌。而消能減震體系則是以非承重構(gòu)件作為消能構(gòu)件或另設(shè)阻尼器，他們的損壞過(guò)程是保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的過(guò)程，所以是安全可靠的。
②震后易于修復(fù)或更換，是建筑結(jié)構(gòu)物迅速恢復(fù)使用。
③可利用結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件（支撐、剪力墻等）作為消能桿件，無(wú)需專(zhuān)設(shè)。
④有效地衰減結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。
由于上述的優(yōu)越性，消能減震體系被廣泛用于高層建筑的抗震，高聳構(gòu)筑物（塔、架等）的抗震或抗風(fēng)，單層工業(yè)廠房排架縱向抗震，管線系統(tǒng)減震保護(hù)等。
2)結(jié)構(gòu)消能減震體系的設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用：消能減震體系按其消能裝置的不同，可分為二類(lèi)：
①消能構(gòu)件減震體系：
利用結(jié)構(gòu)的非承重構(gòu)件作為消能裝置的結(jié)構(gòu)減震體系。常用的消能構(gòu)件有：
消能支撐：耗能交叉支撐，摩擦耗能支撐，耗能偏心支撐，耗能隔撐。一般支撐桿件大都用軟鋼制作，取材容易，屈服點(diǎn)適當(dāng)，延性好，故有較高的消能減震性能。構(gòu)件大都采用非彈性“彎曲”變形的消能減震性能，具有較高抵抗周疲勞破壞的能力。
消能剪力墻：豎縫消能剪力強(qiáng)、橫縫消能剪力墻、周邊縫消能剪力墻等。其混凝土的接縫面可以填充粘性材料能或用鋼筋聯(lián)接。強(qiáng)地震時(shí)，出現(xiàn)非彈性的縫面錯(cuò)動(dòng)，產(chǎn)生阻尼，消耗地震能量。
②阻尼器消能減震體系：在結(jié)構(gòu)的某些部位（支撐桿件、剪力墻與邊框聯(lián)結(jié)處、梁柱節(jié)點(diǎn)處等）裝設(shè)阻尼器（軟鋼阻尼器、擠壓鉛阻尼器、摩擦阻尼器、粘彈性阻尼器等）。在強(qiáng)地震時(shí)，結(jié)構(gòu)物這些部位發(fā)生較大變形，從而使裝設(shè)在該部位的阻尼器有效的發(fā)揮消能作用。
2、沖擊減震
沖擊減震是依靠附加活動(dòng)質(zhì)量與結(jié)構(gòu)之間的非完全彈性碰撞達(dá)到交換動(dòng)量和耗散動(dòng)能進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的技術(shù)。
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般在結(jié)構(gòu)的某部位（常在頂部）懸掛擺錘。結(jié)構(gòu)震動(dòng)時(shí)，擺錘撞擊結(jié)構(gòu)使結(jié)構(gòu)震動(dòng)衰減。另外，擺錘還兼有吸振器的功能。
3、吸振減震
吸震減震是通過(guò)附加子結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)的震動(dòng)發(fā)生位移，即使結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量在原結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)之間重新分配，從而達(dá)到減小結(jié)構(gòu)震動(dòng)的目的。
目前，工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用的吸震減震裝置主要有：調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（簡(jiǎn)稱(chēng)TMD）,調(diào)液（柱）阻尼器（簡(jiǎn)稱(chēng)TLD或TLCD）懸吊質(zhì)量擺阻尼器（簡(jiǎn)稱(chēng)SMPD）和質(zhì)量放大器。
（三）主動(dòng)控制減震
主動(dòng)控制減震體系是利用外部能源，在結(jié)構(gòu)受地震激勵(lì)震動(dòng)過(guò)程中，瞬時(shí)改變結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和施加控制力，以衰減結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的自動(dòng)控制體系。
主動(dòng)控制體系中的控制器有三部分組成。
①傳感器。安裝在結(jié)構(gòu)上，測(cè)量結(jié)構(gòu)所受外部激勵(lì)或結(jié)構(gòu)反應(yīng)或兩者，將測(cè)量的信息傳遞給控制器的處理器。
②處理器。處理測(cè)得的信息，根據(jù)給定的控制算法，計(jì)算所需的控制力，并將控制信息傳遞給控制器中的致動(dòng)器。
③致動(dòng)器。根據(jù)控制信息，有外部供給能源產(chǎn)生所需的控制力，從而減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)反映。
根據(jù)控制器的工作方式，主動(dòng)控制體系分三種類(lèi)型：
①開(kāi)環(huán)控制。根據(jù)外部激勵(lì)信息調(diào)整控制力。
②閉環(huán)控制。根據(jù)結(jié)構(gòu)反應(yīng)信息調(diào)整控制力。
③開(kāi)筆環(huán)控制。根據(jù)外部激勵(lì)和結(jié)構(gòu)反應(yīng)的綜合信息調(diào)整控制力。
主動(dòng)控制是振動(dòng)控制的現(xiàn)代方法，他已廣泛用于電子工程，機(jī)械工程，航空航天工程等領(lǐng)域，但在土木工程中應(yīng)用該方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制尚是一個(gè)新興研究方向。
結(jié)構(gòu)震動(dòng)主動(dòng)控制裝置
①主動(dòng)拉索。主動(dòng)拉索控制系統(tǒng)由連接在結(jié)構(gòu)上的預(yù)應(yīng)力鋼拉索構(gòu)成，在拉索上安裝一套液壓伺服機(jī)系統(tǒng)。
②主動(dòng)調(diào)頻質(zhì)量阻尼器。是在TMD的基礎(chǔ)上增加主動(dòng)控制力而構(gòu)成的減震器。
③氣體脈沖發(fā)生器。這是一種通過(guò)噴管釋放高壓氣體產(chǎn)生脈沖動(dòng)力，以減弱結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)的裝置。
（四）半主動(dòng)控制和混合控制
1、半主動(dòng)控制
半主動(dòng)控制兼有被動(dòng)控制和主動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)。它具備主動(dòng)控制的效果又只需很小的電能通過(guò)調(diào)節(jié)和改變結(jié)構(gòu)的性能減小地震反應(yīng)，因此比較適合于改善工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防。
1)變阻尼半主動(dòng)控制
對(duì)變阻尼半主動(dòng)控制的研究一度非常活躍，其目的在于尋找比定阻尼系統(tǒng)更好的減震效果，但事實(shí)上人們?cè)缫阎溃枘岬臏p振效果是有條件的。但單自由度體系基座受到簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)激勵(lì)時(shí)，阻尼愈大，結(jié)構(gòu)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)（位移、速度和加速度）不斷減少；對(duì)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)則不然，當(dāng)干擾頻率與自振頻率的比值時(shí)，增大阻尼反而會(huì)使絕對(duì)位移、速度和加速度反應(yīng)增大。在地震作用下也可能出現(xiàn)類(lèi)似的情況。
這說(shuō)明對(duì)中、短周期的結(jié)構(gòu)，當(dāng)設(shè)計(jì)地震動(dòng)的主要周期較短時(shí)，不必要采用半主動(dòng)變阻尼系統(tǒng)。但是對(duì)于長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)，采用半主動(dòng)變阻尼控制方法與采用上限阻尼時(shí)相比可以明顯地減小絕對(duì)加速度反應(yīng)，對(duì)相對(duì)反應(yīng)也無(wú)不利影響。看來(lái)只有當(dāng)需要同時(shí)減小長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移反應(yīng)和絕對(duì)加速度反應(yīng)時(shí)才有必要采用變阻尼半主動(dòng)控制。
常見(jiàn)的變阻尼半主動(dòng)控制有變孔徑油阻尼器、電流變阻尼器、磁流變阻尼器、變摩擦可控阻尼器、調(diào)諧質(zhì)量可控阻尼器。
2) 變剛度半主動(dòng)控制系統(tǒng)（AVS）
日本鹿島公司在他們的大型振動(dòng)臺(tái)控制樓上采用了AVS系統(tǒng)以減小中震和大震中的反應(yīng)。在此系統(tǒng)中，應(yīng)用液壓元件改變剛性支撐和大梁的連接條件，隨時(shí)調(diào)節(jié)層間剛度，避免共振。
變剛度和變阻尼系統(tǒng)應(yīng)屬于變結(jié)構(gòu)控制的范疇，其理論基礎(chǔ)在自動(dòng)控制領(lǐng)域中已有深入地研究。在變剛度半制動(dòng)控制系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)的層間水平剛度可以在其最大值和最小值之間跳躍或隨意調(diào)節(jié)。當(dāng)強(qiáng)震地面運(yùn)動(dòng)的主要頻率不在被控結(jié)構(gòu)自振頻率的可能的變化范圍以內(nèi)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)將產(chǎn)生什么樣的影響則是值得研究的問(wèn)題。
2、混合控制
將主動(dòng)控制與被動(dòng)控制結(jié)合起來(lái)應(yīng)用或采用其它復(fù)合控制方式通常稱(chēng)為混合控制，其最常用的形式是用作動(dòng)器拖動(dòng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（HMS）。
主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制和混合控制由于都需要實(shí)時(shí)觀測(cè)結(jié)構(gòu)反應(yīng)并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和反饋控制，系統(tǒng)極為復(fù)雜，在推廣應(yīng)用方面受制于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件。相比之下以增加結(jié)構(gòu)阻尼、避免共振的被動(dòng)控制技術(shù)則更適合在眾多的實(shí)際工程中應(yīng)用。
三、今后的發(fā)展趨勢(shì)
傳統(tǒng)的依賴(lài)結(jié)構(gòu)延性的抗震措施是以一定的損傷為代價(jià)減小地震反應(yīng)，應(yīng)用見(jiàn)證效能技術(shù)則可以減小結(jié)構(gòu)本身的損傷，對(duì)各類(lèi)結(jié)構(gòu)基本上能使用，其減震效果對(duì)地面運(yùn)動(dòng)特性依賴(lài)性較小，耗資也不是很大，因此是可以廣泛使用的方法。值得注意的是增大阻尼在減小結(jié)構(gòu)相對(duì)位移反應(yīng)和變形的過(guò)程中有時(shí)會(huì)使結(jié)構(gòu)的絕對(duì)速度和加速度增大，從而對(duì)內(nèi)部設(shè)備和人員帶來(lái)某些不利影響。
基礎(chǔ)隔震對(duì)在短周期內(nèi)地面運(yùn)動(dòng)影響下的中短周期結(jié)構(gòu)而言，其減震效果比消能技術(shù)更好，但對(duì)地面運(yùn)動(dòng)輸入特性比較敏感，不能完全消除共振的危險(xiǎn)性。半主動(dòng)控制和混合控制方法可以滿足不同的設(shè)防要求，對(duì)地面運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)本身不確定性的地適應(yīng)能力更強(qiáng)，可以提高結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性，引入智能元件以后，效果會(huì)更好，因此是值得重視的新領(lǐng)域。此外尚應(yīng)在不同學(xué)科和專(zhuān)業(yè)之間開(kāi)展合作和交叉研究，開(kāi)發(fā)使用的裝置、機(jī)構(gòu)和配套技術(shù)，盡快形成新的產(chǎn)業(yè)，以支持新技術(shù)的推廣應(yīng)用。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究和應(yīng)用需要講傳統(tǒng)的建造技術(shù)與高新技術(shù)相結(jié)合，使結(jié)構(gòu)的安全保障系統(tǒng)成為智能結(jié)構(gòu)的重要組成部分，為人類(lèi)營(yíng)造一個(gè)更加安全舒適的工作和生活環(huán)境。
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本文標(biāo)簽：建筑結(jié)構(gòu)減隔震及結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
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