减震控制

华北水利水电学院

研究生试卷

姓名苗连娟

学号20091917174

专业防震减灾及防护工程

性质国家统招（√）、单考（）

工程硕士（）、同等学力（）

考试科目《减震控制理论》

考试时间

成绩

注意事项：

1、试题随试卷交回，答在试题纸上的为无效卷，答案不得用铅笔。

2、统一采用A4纸答题。

减震控制理论简介

摘要：介绍了减震控制常用的被动控制理论、主动控制理论、半主动控制理论和混合控制理论。

关键词：被动控制主动控制半主动控制混合控制

继我国汶川发生5.12大地震以来，又接连发生了智利和海地大地震，以及我国的玉树地震等，这些频繁的地震灾害促进了学术界和工程界对结构抗震及减震学科的深入思考。

1 被动控制

被动控制不需要提供外部能量，而通过减震、隔震装置来消耗振动能量，同时阻止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。

1.1 基础隔震

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。目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擦隔震装置等。

基础隔震是发展最快、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，是目前大多数减震控制结构所采用的方法。日本1985一1999年底，共建成隔震房屋约700栋。中国的隔震房屋也由1995年的30栋增加至70栋，近期又有部分隔震房屋建成。新西兰、美国等国家也有相当数量的隔震房屋建成，并且已有部分基础隔震房屋经受了实际地震考验。基础隔震不仅应用于建筑结构，在桥梁结构上应用也非常广泛，桥梁隔震与房屋隔震相似，不同的是隔震支座设置于桥墩与梁之间。1973年新西兰Motu桥首次采用了U 形弯曲钢梁隔震系统。美国于1984年将隔震技术应用到桥梁上，对Sierrapoint桥进行抗震加固。日本于1990年建成第一座隔震桥梁—宫川大桥。至今，新西兰、意大利、日本和美国等已有数百座桥梁采用了隔震技术，并制定了相应的隔震设计规程。桥梁隔震形式有多种，其中使用最广的是铅芯橡胶支座。铅芯橡胶支座不仅可以提供较大的初始水平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。此外，铅芯橡胶支座可调参数多，性能较稳定，耐久性、抗疲劳性也均可满足桥梁的使用要求。

1.2 耗能减震

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，耗能装置首先进人非弹性状态，大量消耗输入结构的能量，使主体结

构避免进人明显的非弹性状态，从而保护主体结构不受破坏。按照耗能装置的不同，耗能减震体系可分为两类: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,K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)。后者包括摩擦阻尼器、弹塑性耗能器(软钢耗能器、铅挤压阻尼器、记忆合金耗能器等)、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器等耗能减震技术吸收了传统的延性结构的设计思想，同时又克服了延性构件损坏后难以修复的缺点，具有性能稳定、技术条件简单、适用范围广、经济可靠等优点，已在新建工程、建筑抗震加固及震后修复工程中得到广泛的应用。耗能减震体系适用于高层建筑、超高层建筑和高耸构筑物，对抗震和抗风都有效，而且性能可靠，但装设数量少时作用不大，数量多时造价显著增加。

1.3 调谐减震

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。目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)是在结构中设置由质量、弹性元件和阻尼器组成的装置，其减震机理是结构振动时TMD系统将一部分振动能量吸收从而达到减小结构反应的目的。调谐液体阻尼器(TLD)是一种固定在结构上的具有一定形状的盛水容器，其减震机理是在结构振动时带动容器中的液体晃动，液体波与容

器箱壁碰撞而产生控制力，同时液体晃动将吸收一部分能量，这两方面的因素减小了结构的振动反应。

对于大跨度桥梁的风振控制，一般采用调谐减震技术。其中又以TMD应用最为广泛，在桥梁中采用TMD进行振动控制目前已处于推广阶段，但仍有一些具体的问题有待解决。从已有的实例来看，TMD的质量一般在几吨到上百吨，对于柔性大的大跨度桥梁，在桥跨中如何设置TMD是一个具体的问题。

2主动控制

结构主动控制是利用外部能源，在结构受激励振动过程中，对结构施加控制力或改变结构的动力特性，从而迅速地减小结构的振动反应。主动控制系统主要包括传感器、控制器和作动器3个组成部分。传感器测量结构反应或外部激励信息。控制器处理传感器测量的信息，实现所需的控制律，其输出为作动器的指令。作动器产生控制力，所需的能量由外部能源提供，控制力有时通过一个辅助子结构作用到受控结构上。主动控制的工作原理为:传感器监测结构的动力响应和外部激励，将监测的信息传人计算机内，计算机根据给定的算法计算出控制力的大小，最后由外部能源驱动作动器产生所需的控制力而施加于结构上。由于实时控制力可以随输人地震波改变，因此控制效果基本不依赖于地震波的特性，这方面明显优于被动控制。结构主动控制系统分为开环控制系统、闭环控制系统和开闭环控制系统。开环控制是基于某种控制算法，由测量的输人(激励)信息来确定控制力，从而控制结构的振动。闭环控制是基于某种控制算法，由测得的输出(结