結(jié)構(gòu)控制的發(fā)展與創(chuàng)新

1、【結(jié)構(gòu)控制的發(fā)展與創(chuàng)新】 以創(chuàng)新為主題800字作文摘 要：介紹了結(jié)構(gòu)控制的歷史與發(fā)展及其分類，敘述了防屈曲耗能支撐的構(gòu)造和減震基本原理，結(jié)合結(jié)構(gòu)控制理論提出了一種新型防屈曲耗能支撐，分析了其裝置簡易構(gòu)造，并在理論上做了簡要的可行性探討。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)控制；耗能減震；結(jié)構(gòu)控制裝置；防屈曲；耗能支撐引言所謂結(jié)構(gòu)控制，是指在結(jié)構(gòu)某個部位設(shè)置一些控制裝置，當(dāng)結(jié)構(gòu)振動時，被動或主動地施加一組控制力或改變結(jié)構(gòu)的動力特性，減小結(jié)構(gòu)振動反應(yīng)，以滿足結(jié)構(gòu)安全性和舒適性的要求。結(jié)構(gòu)控制實(shí)際上是把傳統(tǒng)的利用結(jié)構(gòu)本身來抵御外界荷載的概念提升到通過結(jié)構(gòu)附加的耗能隔振裝置來抵御外界荷載的作用，它可以有效的減輕結(jié)構(gòu)在動力作用

2、下的反應(yīng)和損傷積累，提高結(jié)構(gòu)的抗振能力和抗震性能，是結(jié)構(gòu)抗振減振和防災(zāi)減災(zāi)積極有效的方法和技術(shù)，目前該技術(shù)已成為結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域中最前沿的研究課題之一。1 結(jié)構(gòu)控制的歷史與發(fā)展結(jié)構(gòu)控制的歷史1972年姚治平在美國土木工程學(xué)會會刊上發(fā)表結(jié)構(gòu)控制的概念，首先提出了在風(fēng)及地震作用下在土木結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用控制理論，引起了工程界的重視1。Casciati和Yao對土木工程中主動控制的方法進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)和分析對比2，Yang 研究了非經(jīng)典阻尼結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜3、滑移隔震控制4和主動變剛度5系統(tǒng)等地震及風(fēng)振隨機(jī)激勵下的控制及其優(yōu)化問題。Soong、Martin、Roorda、Spencer、Bergman、Kurat

3、a等人做了大量結(jié)構(gòu)控制研究，在我國是王光遠(yuǎn)院士最早從高聳結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制開始研究的，隨后包括劉季、歐進(jìn)萍、李桂青、瞿偉廉、周錫元、王肇民、徐幼麟、周福霖、周云、唐家祥、李宏男、呂西林等眾多學(xué)者進(jìn)行了該領(lǐng)域的研究。結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域逐步得到發(fā)展，1994年在美國召開了首屆世界結(jié)構(gòu)控制會議。1997年Housner、Soong、Yao等10位著名教授聯(lián)名發(fā)表了結(jié)構(gòu)控制：過去、現(xiàn)在與未來，對結(jié)構(gòu)控制的歷史沿革、主要內(nèi)容、未來研究課題等都作了精湛的論述6。第二屆世界結(jié)構(gòu)控制會議上Suhardjo等發(fā)表了結(jié)構(gòu)控制：反饋的新前沿，論述了混合控制、半主動控制及其在土木工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用7；“Engineering St

4、ructures”雜志出版“結(jié)構(gòu)控制”專集，刊載優(yōu)秀論文11篇8-10。隨著國際結(jié)構(gòu)工程青年專家研討會、國際動力學(xué)振動與控制會議、中日美結(jié)構(gòu)控制和監(jiān)測學(xué)術(shù)會議、結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制及隔震建筑國際研討會、國際隔震與耗能減震會議等相繼在國內(nèi)召開，可見我國結(jié)構(gòu)控制技術(shù)發(fā)展也相當(dāng)迅速，緊跟國際先進(jìn)步伐，取得了大量豐富的研究成果。結(jié)構(gòu)控制分類結(jié)構(gòu)控制是土木工程結(jié)構(gòu)前沿領(lǐng)域，也是各學(xué)科交叉的新技術(shù)領(lǐng)域。目前，其分類一般可按技術(shù)方法；按是否有外部能源輸入；按與結(jié)構(gòu)頻率相關(guān)性這三種方式進(jìn)行分類11，若按是否由外部能源輸入大體上可分為被動控制、主動控制、半主動控制、混合控制和智能控制這五類11，12。結(jié)構(gòu)控制發(fā)展方

5、向周福霖、歐進(jìn)萍、周云等著作分別對隔震、主動、半主動、智能控制以及各類被動控制等進(jìn)行了詳細(xì)的歸納和總結(jié)11，13-20，包括理論分析、試驗(yàn)研究、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程應(yīng)用和創(chuàng)新發(fā)展等方面，內(nèi)容全面而豐富。經(jīng)過總結(jié)分析，結(jié)構(gòu)控制未來的發(fā)展方向主要有：現(xiàn)有隔減震裝置的改進(jìn)；主動控制裝置計(jì)算法的研究；各種減振裝置的聯(lián)合應(yīng)用；新型減振裝置的研究；數(shù)模與物模結(jié)合以及計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制。2 防屈曲耗能支撐構(gòu)造及減震原理19為了解決普通支撐在強(qiáng)震作用下易受壓屈曲造成支撐破壞或失效的問題，學(xué)者們研發(fā)出一種能防止屈曲的支撐構(gòu)件，稱為防屈曲耗能支撐，由于其性能穩(wěn)定、減震效果顯著，在日本、美國、加拿大、我國臺灣等地區(qū)都得到了廣

6、泛的工程應(yīng)用。防屈曲耗能支撐的構(gòu)造組成主要從橫向構(gòu)成和縱向構(gòu)成兩方面來分析，如圖1所示，其橫向構(gòu)成分為核心單元、約束單元及滑動機(jī)制單元；縱向構(gòu)成分為約束屈服段、約束非屈服段、無約束非屈服段、無粘結(jié)可膨脹材料和屈曲約束機(jī)構(gòu)，其中核心單元，即芯材，是此構(gòu)件中主要的受力元件，由特定強(qiáng)度的鋼板制成。常見的截面形式為十字型、T型、雙T型和一字型等，分別適用于不同的剛度要求和耗能需求。橫向和縱向構(gòu)成 滯回曲線圖1 防屈曲耗能支撐的橫向和縱向構(gòu)成及其耗能性能防屈曲耗能支撐的基本原理為：支撐結(jié)構(gòu)在地震作用下所承受的軸向力作用全部由支撐中心的芯材承受，該芯材在軸向拉、壓力作用下屈服耗能，而外圍鋼管和套管內(nèi)灌注混

7、凝土或砂漿提供給芯材彎曲限制，避免芯材受壓時屈曲。防屈曲耗能支撐在受拉與受壓時均能達(dá)到屈服而不發(fā)生屈曲，較之傳統(tǒng)支撐具有更穩(wěn)定的力學(xué)性能，經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)可使之具有高剛度和良好的滯回耗能能力，防屈曲耗能支撐和傳統(tǒng)中心支撐滯回曲線對比如圖1所示。因此，防屈曲耗能支撐同時具有同心斜撐和滯回型耗能元件的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用價值。3 新型防屈曲耗能支撐設(shè)計(jì)新型防屈曲耗能支撐構(gòu)造鑒于鋼砂漿板、低屈服點(diǎn)鋼、雙截面、強(qiáng)化式以及可拆型防屈曲耗能支撐所取得的研究進(jìn)展，綜合考慮以上幾類防屈曲耗能支撐的優(yōu)點(diǎn)并加以優(yōu)化組合，提出了新型防屈曲耗能支撐，構(gòu)造如圖2所示，該裝置的特點(diǎn)為：核心單元可以是板也可以是T型鋼，外套一個矩形鋼管，芯材的端部都是T形的，施工容易連接。矩形鋼管與內(nèi)部填充的砂漿構(gòu)成槽型，二者相互連接作為屈曲約束