振动控制技术在工程结构设计中的应用和发展-发表论文网__58期刊(2)

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加减振装置，结构振动时带动附加装置一起运动，附加装置被动的产生一组反作用于主结构的力，同时主结构能量被子系统吸收，从而保护主结构。动力吸振技术中最典型的装置是调谐质量阻尼器和调谐液体阻尼器。动力吸振技术在土木工程结构的抗风振中已经得到了比较广泛的应用，其减振原理为：结构在外激励作用下振动时带动附加在结构上的质量-弹簧系统一起运动，附加系统会被动的产生一组施加于主结构的惯性力，从而降低原结构响应。由于被动TMD安全、可靠、经济，已逐渐应用于高层建筑、高耸结构及大跨度桥梁等的减振中。
　　尽管被动控制技术具有构造简单、安装方便、成本低、无需外部能源供给等优点，但在实际应用过程中也暴露出了自身的缺陷，如只对能某种特定的振动特征进行控制、缺乏跟踪和调节能力、减振效果很大程度上依赖于激励特性和结构动力响应特性等。
　　3、主动控制技术
　　主动控制是通过安装在结构上的传感器测得结构的响应信息或外荷载信息，通过闭环反馈或开环前馈将传感器测量得到的信息传到计算机中，由计算机进行分析处理并按照某种控制算法计算出控制力，由电液伺服系统或其它主动加载装置将控制力施加到受控结构上，从而减小结构动力响应。在实际应用中是结合实际控制目标以及控制对象，采用混合控制技术。目前在土木工程振动控制领域，主动控制主要侧重于理论研究以及数值分析。由于土木结构自重大而且施加其上的动荷载能量较大，所以需要的控制力非常巨大，这就使主动控制不易实现而且成本高昂。此外，由于涉及到众多的元件，主动控制系统设计复杂、可靠性较低，这些都限制了主动控制在土木工程中的应用和推广，这也导致了结构主动控制可采用的主动控制装置种类也相对较少。目前应用的主动控制装置主要有主动质量阻尼器、主动拉索系统等。
　　4、半主动控制及混合控制技术
　　半主动控制及混合控制是介于被动控制和主动控制之间的一种控制策略，是指利用控制机构来主动调节结构内部的参数，使结构处于一种较优的状态，避开外激励的卓越周期,或是产生等效的控制力,以消耗振动能量,减小结构响应。半主动控制结合了被动控制和主动控制的优点,仅仅需要极小的能量,就能产生接近主动控制效果的控制力。相对于主动控制来说,半主动控制更容易实施、更经济、可靠。
　　相对于主动控制来说,半主动控制更加经济、可靠,所需要的维护费用小,具有很强的实际工程应用意义，因此，未来的工作应着眼于半主动控制装置的试验研究以验证其有效性及可靠性，尽快达到实用化。混合控制是将被动控制系统和主动控制系统同时施加在被控结构上，使其协调工作。这种控制方式充分利用了被动控制和主动控制各自的优点，它既可以通过被动控制系统来大量消耗控系统能量，又可利用主动控制系统来保证其控制效果。近年来混合控制研究主要以被动控制为主、主动控制为辅两者相结合的控制方式，取长补短，既保证了控制效果，又获得了经济效益。被动控制由于引入了主动控制，其控制效果显著加强;另一方面主动控制由于被动控制的参与，主动控制实施所需的控制力大大减小，节省了能源供给，控制系统的稳定性和可靠性都比单纯采用主动控制有所增强。
　　5、结语
　　经过众多研究人员以及工程设计人员的不懈努力，最近十年时间里，土木工程结构得到了迅速发展。随着现代社会的进步和发展，人们对结构抗振、减振的要求日益提高，结构的控制技术将会发展到更高的水平，越来越广泛地应用到实际工程。展望今后的一个时期，结构控制技术将如下几个方面发展，主要表现为：（1）控制手段的多样化；（2）被动控制技术的实用化和规范化；（3）半主动及混合控制技术的深入和完善；（4）传感器和作动器是实现振动主动控制的关键部件。
　　参考文献
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