结构减震控制技术概述

摘要：地震严重威胁着人类的生存和发展，自从人类诞生以来人们就为抗拒这种自然灾害而奋斗。随着科学技术和人民生活水平的提高，预防与抵抗地震的能力也在不断提高，结构减震控制技术作为抗御地震的一种有效方法，也得到了发展和应用，并成为比较成熟的技术，结构减震控制方法改变了通过提高结构刚度、强度、和延性来提高结构的抗震能力的传统方法，而是通过调整或改变结构动力特征的途径，改变结构的震动反应，有效地保护结构在地震中的安全。

关键词：减震；结构减震控制；耗能减震装置

结构减震控制就是通过在结构上安装耗能能减震装置减轻或抑制结构由于外载荷作用引起的反应，该技术最初应用于机械、宇航、船舶等工业领域。1972年，美籍华裔学者姚治平（Yao J.T.P）首次将结构控制技术应用于土木工程。随后，结构减震控制技术在建筑工程中得到迅速发展，目前已成为一个十分活跃的研究领域，且近30年的理论和实践研究表明：结构减震控制可以有效减轻结构在地震作用下所引起的反应和损伤，并且在对风力灾害的抵抗上也有十分显著的效果。

传统结构抗震方法是通过增强结构本身的抗震性能（强度、刚度、延性）来抵御地震作用的，即由结构本身储存和消耗地震能量，这是被动消极的抗震对策。由于地震的随机性，人们尚不能准确的估计未来地震灾害作用的强度和特性，按照传统抗震方法设计的结构不具备自我调节功能。因此，结构很可能在地震作用下不满足安全性能要求，而产生严重破坏或倒塌，造成重大的经济损失和人员伤亡。

合理有效的减震途径是对结构施加抗震装置（系统），由抗震装置与建筑共同承担地震作用，即共同储存和消耗地震能量，以调节和减轻结构的地震作用反应。这是积极主动的抗震对策，也是目前抗震对策中的重大突破和发展方向［1］。

结构减震控制根据是否需要外部能量输入可分为被动控制、主动控制、半主动控制、智能控制和混合控制。其中，被动控制指在结构的某些部件附加耗能装置或子结构系统，或对结构自身的某些构件作构造上的处理以改变结构体系的动力特性。被动控制不需要外部能量输入提供控制力，控制过程不依赖于结构反应和外界干扰信息。而且因其具有构造简单、造价低、易于维护及无需外部能源支持等诸多优点，所以引起工程界的广泛关注，成为应用开发的热点，因而许多被动技术日趋成熟，并在实际工程中应用。

耗能减震是最常用的被动控制系统之一。耗能装置（元件）和支撑构件共同构成耗能部件，装有耗能部件的结构称为耗能减震结构［2］［3］。结构耗能减震技术是在结构物的某些部件（如支撑、剪力墙、结点、联结缝或连接件、楼层空间、相邻建筑间、主附结构间等）设置耗能装置或原件，通过耗能装置产生摩擦，弯曲弹塑性滞回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，减少主体结构的地震反应。

结构耗能减震的实质是在结构中设置耗能构件或耗能装置，它们能为结构提供较大的耗能机制，地震时大量消耗输入构件的震动能量，有效衰减结构的地震反应。对于位移相关型的摩擦耗能构件、钢件非弹性变形耗能和材料塑性滞回变形耗能，主要是通过附加耗能构件的滞回耗能来消耗地震输入能量，减轻地震作用。对于速度相关型的材料粘弹性耗能和液体阻尼耗能，耗能构件作用于结构上的阻尼力总是与结构速度方向相反，从而使结构在运动过程中消耗能量，达到耗能减震的目的。对于混合式耗能构件，主要是综合上述二者的原理，同时利用刚度改变机制和阻尼耗能机制进行消能抗震。

结论：

地震发生时，地面运动引起结构的震动反应，结构吸收了大量的地震能量，能量的耗散必经过转换（一般转换为动能或热能等形式）才能实现。传统的抗震结构体系，容许结构及承重构件（柱、梁、结点等）在地震中出现损坏，这一损坏过程就是能量的消耗过程，而结构和构件的严重损坏或倒塌，就是地震能量转化或消耗的最终完成。随着人们安全意识的提高，传统的被动耗能方式已经越来越不能满足人们的安全需求。而与之相对，采用积极耗能方式的耗能减震技术更大的提高和保证地震中建筑的安全性和使用性。安全耗能减震结构在小震和设计风载荷作用下处于弹性状态，向主体结构提供足够的刚度，从而保证结构满足正常使用要求；在中震、大震及强震作用下，耗能装置（元件）率先进入耗能状态，产生较大的阻尼，耗散地震输入结构的大部分能量，并迅速衰减结构的动力反应（位移、速度、加速度等），而主体结构不出现明显的弹塑性变形，从而保证其在强震或强风灾害作用下的安全性和正常使用性。

参考文献：

［1］ 周福霖.工程结构减震控制［M］.北京：地震出版社，1997

［2］ 周云，刘季.耗能减震技术研究与应用进展［J］.世界地震 工程，1995（1）

［3］ 周云，徐彤，俞公华等.耗能减震技术研究及应用的新进展［J］地震工程与工程振动，1999,19（2）