建筑工程结构振动控制技术研究
于春泉
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于春泉,. 建筑工程结构振动控制技术研究[J]. 建筑技术学报,2021.5. DOI:10.12721/ccn.2021.157049.
摘要:
社会经济的快速发展和城市化进程的加快,促进了建设工程产业的发展,同时提高了建设技术标准。研究振动理论和结构时变的非线性控制,以及进行时间延迟研究的主动控制、振动和传感器的位置和数量优化,这些都是促进结构广泛应用的重要因素。本文简单分析了建筑工程学应用振动控制技术的必要性,接着说明了建筑工程学中振动控制技术的应用和开发。
关键词: 建筑工程结构振动控制技术
DOI:10.12721/ccn.2021.157049
基金资助:

引言:建筑工程学建设中的振动控制技术,只要涉及到以往的抗震结构,就要通过强化独特结构的性能来达到抗震的目的。该方法的效果和安全性相对较低,采用了以往的施工方法,无法单独调整和控制结构物的抗震性能,因此在这种不确定的状态下,无法有效保证工程结构物的安全性。因此,现在需要使用振动控制技术来满足人们对高品质建筑的要求,同时,在振动控制技术下的建设工程的开发也有利于促进和产生巨大的经济利益。

一、建筑工程施工中振动控制技术应用的必要性

随着城市化的不断加速,振动控制技术在建设行业的发展中发挥着不可替代的作用。第一,使用振动控制技术建设工程,有利于减轻一些动态作用造成的损伤,能够有效提高防灾性和抗震性。目前,结构振动控制技术受到国内外工程行业的一致青睐,成为了最受欢迎的新型抗震技术。第二,使用振动控制技术建设工程,极大可能会在地震能量的传输过程中,减轻能量波动和幅度。近年来,国内外专业人士花费了大量的时间和精力,对振动控制系统的构造进行了深入的研究,得到了许多有价值的线索,诸如控制系统和构造物是共同抵抗负荷的,构造物有成为非弹性状态的可能性。在大地震的作用下,其可以具有一定的扩大和延展性,也可以释放输入到建筑物中的地震能量。同时,这种技术在理论上相对简单而且机制明确,可以用于各种强度和结构的地震要求。

二、振动控制技术简析

(一)地基材料

根据实际研究证明,在工程建设中,使用了各种各样的基础材料,在遭遇地震时地震波的反应是不同的,因此,研究基础材料对抗震性的影响非常重要。在工程中,可以使用几个具有抗震性的材料来处理基础,根据这个进行分析,可知地震波的响应减少,建筑物的地震感也会有效地减少。为了提高建筑物的耐震性,有时会用粘土和沙子做铺垫,也有用糯米作为铺垫的研究。许多研究和证实的结果表明,沥青材料的隔震效果良好,值得进一步的应用。

(二)基础隔振

遇到地震波的话,基础部分会最先接触地震波,然后再传到本体。进行基本的防震,是减少建筑物受到地震波伤害的重要一环,经过无数的研究,证实了在工程中,必须得设立基础抗震装置,其对于提高建筑物整体的抗震性能非常重要。同时,上部抗震装置和下部抗震装置相比,下部所起的作用更大一些。

(三)悬挂隔震

通过应用这项技术,可以阻断从地基到主要结构的地震波的传输,有效地防止因地震而引起的主要结构的损伤。装置构造物几乎全部悬挂在地面上,当发生地震时,建筑物构造物的上层分离,失去惯性力,以此提高抗震效果。这种技术一般在钢结构建筑中使用,在大型钢结构建筑中使用得更多。随着技术的发展,也可以分成主框架和子结构两部分,一般采用悬挂式的下部构造设计,此时主框架结构和下部构造被分离,如果发生地震的话,地震波在悬挂位置时能量会大幅减少,难以向建筑物主体传递,因此地震后建筑物构造的损失会减少。

三、建筑工程施工中的振动控制技术应用分析

(一)被动控制

在通常情况下,被动控制结构相对简单,整体成本不高,维护也非常方便。基于其独特的技术优势,且确实有一定的抗震性能,由此成为结构设计的重中之重,在各种各样的项目中广泛使用。根据目前的开发情况,被动技术可以大致分为基本的防震、能耗和能量吸收减振两种类型。其中,基本的防震装置是通过降低地表传来的大量能量,有效降低构造物振动的防震、能量耗散装置。能量吸收及减振技术是在结构节点、支持及其他地方设定能量耗散衰减,来降低结构振动。

(二)主动控制

主动控制的研究包括数据处理、自动控制技术、计算机科学、随机振动、机械工程、材料科学、生物科学和结构工程,这是具有强烈交叉性质的领域。所谓主动控制,就是使用最新的控制技术来预测和跟踪结构响应和输入振动的水平,使用致动器来提高结构的控制力,使结构系统的性质产生一定程度的装饰。然后,优化结构和系统,实现与优化标准一致、降低和抑制结构地震响应的控制方法。结构的主动控制比被动控制效果大,但主动控制需要大量的外部能量输入,因此机器的成本相对较高,适时性非常复杂,不具有可靠性。在我国的主动控制的研究中,需要致力于控制装置、主动控制算法、模拟解析效果等的研究开发,主动控制主要是从外部能源中生成主动的控制力。振动控制的设计目标是科学选择控制力的适用法则,使构造产生的控制力的效果达到最佳状态。活动控制有开环控制和闭环控制两种方法,主动开环控制方式是测量系统的干扰输入,并根据外部干扰输入的显示取得控制规则。在闭环控制方式中,为了控制振动需要一定程度的控制效果,通过相应系统在结构闭环控制下的输出反馈或状态反馈,可以保持有效的控制和监控,并具有有效的防干扰功能,在线计算量相对较多。

(三)混合控制

混合控制兼具集中控制方式的优点,结构智能控制可以分为两种类型。首先,使用智能控制算法实现诸如神经网络控制、遗传算法、模糊控制等结构的振动控制与主动控制不同,这是因为其不需要控制增益之间的关系。智能控制算法用于确定输入反馈和输出反馈以及正确的结构模型,但是从控制力的角度来看,必须输入由执行器实现的大量外部能量。第二,智能驱动器和智能衰减装置。为了实现智能控制,例如使用形状记忆材料、磁收缩材料、点压电材料、磁流变流体等智能驱动材料和设备,控制原理与主动控制原理相似,使用由实现控制力的致动器智能材料制成的智能减震器或智能驱动程序。由于混合控制结合了几种方法的优点,因此控制效果尤为重要,在开发方面有一定的优势,前景广阔。混合控制由主动控制和被动控制构成,混合控制使用主动控制可以实现很大的控制效果,另外,也可以使用被动控制来释放大量的振动能量。由于混合控制完全结合了主动控制和被动控制的优点,将被动控制和主动控制相互调整,促进合作,因此可以得到比单独使用方法更好的结果,从而节省更多的能量,使工程的使用价值变得非常大。

四、结束语

在当前的建设项目中,应用和研发控制技术还存在一些需要改进和完成的问题。以往的抗震结构,通过强化自身可以达到抵抗效果,但是不能完全保证实际的安全效果,具有非常大的不确定性。因此,要加强研究开发,利用振动控制技术来满足目前建筑建设的需要,而且,现在的优点已经非常明显,只要广泛的推进和应用程序,那么开发的前景就一定是值得期待的。

参考文献:

[1]包杰宗. 建筑工程结构振动控制技术探究[J]. 建材与装饰,2020(6):12-13.

[2]张明俊. 土木工程结构振动控制技术的发展[J]. 中国房地产业,2020(8):66.

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