结构振动控制技术
结构动力学中的振动控制技术
结构动力学中的振动控制技术结构动力学是研究结构在外界加载或激励下的响应行为，而振动控制技术则是一种可以减缓或抑制结构振动的技术手段。
本文将介绍结构动力学中的振动控制技术以及其应用领域。
一、被动控制技术被动控制技术是指通过使用吸振材料、摩擦阻尼器、负质量振子等被动装置来减少结构振动。
这些被动装置可以根据结构的振动状态自动进行调整，从而减少振动对结构的影响。
1. 吸振材料吸振材料是一种可以将振动能量转化为热能或其他形式能量的材料。
通过在结构中使用吸振材料，可以有效地降低结构的振动幅值。
2. 摩擦阻尼器摩擦阻尼器是一种通过摩擦阻尼力来抑制结构振动的装置。
它可以通过调整阻尼力大小来减少结构的振动，从而实现振动控制的目的。
3. 负质量振子负质量振子是一种通过在结构中加入具有负质量的振子来实现振动控制的装置。
它可以通过振子的动态特性来减少结构的振动。
二、主动控制技术主动控制技术是指通过在结构中加入传感器和执行器，利用控制算法对结构的振动进行实时控制。
主动控制技术可以根据结构的振动状态进行主动调控，进而实现精确的振动控制效果。
1. 传感器传感器可以用来实时监测结构的振动状态，并将振动信号传递给控制系统。
常见的传感器包括加速度计、位移传感器等。
2. 执行器执行器是主动控制技术中的关键部件，用于根据控制算法的指令对结构施加控制力。
常见的执行器包括电液伺服阀、电动液压马达等。
3. 控制算法控制算法是主动控制技术中的核心，通过对传感器获取的振动信号进行处理和分析，然后产生相应的控制指令驱动执行器对结构进行控制。
三、应用领域振动控制技术在工程实践中得到了广泛的应用，以下是一些典型的应用领域：1. 建筑结构振动控制通过振动控制技术可以减少建筑结构在地震、风载等外界激励下的振动，从而提高结构的抗震性能和舒适性。
2. 桥梁振动控制桥梁是工程中常见的结构形式，通过振动控制技术可以减少桥梁在行车、风载等激励下的振动，从而提高桥梁的安全性和使用寿命。
建筑结构振动控制与减震技术
建筑结构振动控制与减震技术建筑结构振动是指建筑物在受到外力作用或自身受到激励时产生的动态响应。
振动会带来很多问题，比如噪音、不稳定性和疲劳等。
为了保证建筑物的安全性和舒适性，振动控制和减震技术成为了十分重要的领域。
本文将介绍建筑结构振动控制与减震技术的原理与应用。
1. 介绍建筑结构振动的原因和影响建筑结构振动的主要原因包括地震、风载、人员活动以及机械设备等因素。
振动会导致建筑物的不稳定性，并对建筑内部设备和居住者产生不良影响，如噪音、疲劳等。
因此，对建筑结构振动进行控制和减震十分重要。
2. 振动控制的方法振动控制可以通过几种方法来实现，包括被动控制、主动控制和半主动控制。
被动控制利用刚性连接件、阻尼器等 passibe 部件来吸收和分散振动能量。
主动控制则通过传感器和激励器对振动进行主动干预和抑制。
半主动控制则结合了主动控制和被动控制的优点。
3. 减震技术的原理与应用减震技术通过在建筑物底部安装减震装置，将地震或其他外力引起的振动吸收并分散，从而减小建筑内部的振动幅度。
常见的减震装置包括摆锤、液体阻尼器和弹簧等。
这些装置可以减轻振动对建筑物的影响，提高建筑的抗震能力。
4. 案例分析以某高层建筑为例，介绍减震技术在实际工程中的应用。
该高层建筑采用液体阻尼器作为减震装置，通过改变液体的流动来吸收和消散振动能量。
该减震系统有效地提高了建筑物的稳定性和舒适性，并在地震发生时发挥了重要作用。
5. 进一步展望建筑结构振动控制与减震技术是一个不断发展和改进的领域，目前已经取得了很多成果。
未来的研究可以集中在材料和设计方面，开发更高效和经济的减震装置，提高建筑物的抗震和抗振能力。
总结：建筑结构振动对建筑物的安全性和舒适性产生重要影响。
振动控制和减震技术通过各种方法和装置来减小建筑物的振动幅度，提高其抗震能力。
这些技术在实际工程中已经取得了一些成功，并且仍在不断发展和改进。
未来的研究应该致力于提高减震装置的效率和经济性，进一步提升建筑物的抗振性能。
建筑结构振动分析与控制研究
建筑结构振动分析与控制研究1. 引言建筑结构的振动是指结构在受到外界力的作用下发生的运动。
振动问题一直以来都是建筑工程中的一个重要课题，对于保证建筑结构的安全性、舒适性和耐久性至关重要。
本文将探讨建筑结构振动的分析和控制方法，以及相关研究进展。
2. 建筑结构振动分析2.1 建筑结构振动的分类建筑结构的振动可分为自由振动和强迫振动。
自由振动是指建筑结构在没有外界力作用下的自身振动，如地震、风荷载等；而强迫振动是指建筑结构受到外界力作用的振动，如机械设备运转等。
2.2 振动模态分析振动模态分析是一种常用的建筑结构振动分析方法。
它通过求解结构的固有振动频率和模态形状，得到结构的振动特性。
通常采用有限元法作为振动模态分析的数值计算方法，这种方法具有计算精度高、适用范围广等优点。
3. 建筑结构振动控制3.1 主动控制方法主动控制方法是指通过引入外界控制力来改变建筑结构的振动特性。
常见的主动控制方法包括质量和刚度变化法、控制杆法以及智能材料控制等。
这些方法能够实时调节建筑结构的振动特性，从而减小结构的振动响应。
3.2 被动控制方法被动控制方法是指通过在结构上添加附加物用以吸收或耗散振动能量，从而减小结构的振动响应。
常见的被动控制方法包括隔震、摆锤、液体阻尼器等。
这些方法通过改变结构的动力特性，降低结构与外界激励的耦合效应，从而减小结构的振动响应。
4. 建筑结构振动控制研究进展4.1 结构振动控制理论研究近年来，随着计算机技术和控制理论的不断发展，建筑结构振动控制研究取得了重要进展。
研究人员通过建立结构动力模型和振动控制模型，提出了一系列高效的振动控制算法和方法。
4.2 智能材料在振动控制中的应用智能材料在振动控制中具有重要的应用潜力。
形状记忆合金和压电材料等智能材料可以根据外界激励的变化自动调节其力学性能，从而减小建筑结构的振动响应。
研究人员通过开展智能材料在建筑结构振动控制中的应用研究，为解决建筑结构振动问题提供了新的思路和方法。
结构振动控制技术的原理和应用
结构振动控制技术的原理和应用摘要：结构的振动控制是一个应用领域相当广泛的问题，不仅产生振动的根源的种类繁多，而且消除和降低振动的方法也很多，所谓的结构振动控制是指通过某种方法使结构的动力响应控制在工程所容许的范围内，不至对结构和设备造成损害，对人造成不适。
关键词：结构振动；控制技术；原理；应用1被动控制所谓的被动控制，它是指的一种无需借助任何外来能源，只要在结构的某部位添加一个子系统，或者是通过对于结构之中的某些构件的结构体系进行适当的处理，从而使得整个结构体系的动力特性发生改变。
如果采用被动控制的方式，其主要的优势就在于构造较为简单，而且其造价也相对低廉，在使用的过程中，保养和维护都十分的容易，应用该方式不需要其它的能源支持，所以在实际的建筑工程中这种方式已经开始得到运用。
被动控制又可以分成隔震、吸振和耗能三种控制形式。
1.1基础隔震所谓的基础隔震，就是指的通在上部结构和基础之间设置专门的隔震消能装置，使得地震能量在向上传输的过程中能够被吸收，有效地减轻上部结构的振动。
基础隔震能够降低结构的振动频率，但只能对高频地震波产生效果，因此不适用于高层建筑，主要被应用在短周期的中低层建筑与刚性结构上。
1.2吸振隔震而吸收隔震则是指的在主体结构之上附加一个吸振器子系统，通过这个子系统来对于振动的能量进行吸收，从而有效地减少主结构的振动。
就吸振器而言，它自身也是一个小型的振动系统，其主要是由质量系和弹簧系所构成的，其质量系能够产生惯性力，而这一惯性力可以作为控制力，然后再利用弹簧系使得这一个控制力作用到主结构之上。
一般情况下，吸振器都是配合粘滞阻尼器共同进行使用的。
其中，被动协调质量阻尼器（TMD）、摆式质量阻尼器等是质量系为固体的阻尼器，其中的TMD已经被广泛应用在高层建筑和桥梁上。
而摆式质量阻尼器则主要是用来对于高层建筑的振动加以控制，一般摆式质量阻尼器可以分为摆锤式、环状式以及倒置式集中类型。
当然，除了固体质量系的阻尼器之外，液体质量系的阻尼器也非常常见，比如说调谐液体阻尼器（TLD）、液压阻尼系统（HDS）、油阻尼器、质量泵等。
结构动力学的振动控制与减震
结构动力学的振动控制与减震结构动力学是研究结构在外力作用下的振动响应和动力性能的学科。
在实际工程中，结构的振动问题对于结构的稳定性和耐久性具有重要的影响。
因此，结构振动的控制与减震成为了结构工程领域中的一个热门课题。
一、结构振动控制的意义结构振动控制的主要目的是降低结构振动对结构自身和周围环境的不良影响。
对于高层建筑、大型桥梁等大型结构来说，振动对结构的疲劳损伤和人员的舒适性都是非常重要的考虑因素。
因此，采取有效的振动控制手段可以提高结构的安全性和使用寿命。
二、常用的结构振动控制方法1. 被动控制方法被动控制是指通过吸能器、摇摆桥等被动装置来吸收结构振动的能量，从而减小结构的振幅和振动反应。
被动控制方法适用于不同类型的结构，但是其控制效果依赖于外界激励的频率和振幅。
2. 主动控制方法主动控制是指通过传感器感知结构振动信号，并通过控制器产生控制信号，进而通过执行机构减小结构的振幅。
主动控制方法可以根据振动信号的特点进行实时的振动控制，对于地震、风载等具有随机激励的情况效果较好。
3. 半主动控制方法半主动控制是在主动控制和被动控制之间的一种折中方案。
它通过调节控制器中的参数，根据结构的振动状态，实现减震和振动控制。
与被动控制相比，半主动控制方法具有更好的适应性和响应速度。
三、结构减震技术的应用结构减震技术是减少结构振动反应的一种有效手段。
常见的结构减震技术包括基础隔震、降低结构刚度和增加结构阻尼等方法。
1. 基础隔震基础隔震是指在结构与地基之间设置隔震装置，减小地震波对结构的冲击和损害。
常见的隔震装置包括橡胶隔震器、液体阻尼器等，通过隔震装置改变结构的振动特性，降低结构的振动反应。
2. 降低结构刚度降低结构刚度是指通过改变结构的刚度分布，使其自振频率相较于激励频率偏离较远。
常见的方法有在结构中增加柔性节点、改变结构截面形状等。
3. 增加结构阻尼增加结构阻尼是通过在结构中引入阻尼装置，消耗振动能量，减小结构的振幅。
结构振动控制的概念及分类
耗能方案性能来抵御地震作用的，即由结构本身储存和消耗地震能量，以满足结构抗震设防标准，小震不坏，可能无法满足安全性的要求；另一方面，在满足设计要求的情况下，结构构件的尺寸可能需做得很大木工程领域新兴一种新型的抗震方式——结构振动控制，即对结构施加控制机构，由控制机构和结构半主动控制和混合控制。
是由控制装置随结构一起振动变形而被动产生的。
被动控制可分为基础隔震技术、耗能减震技术和吸是由控制装置按某种控制规律，利用外加能源主动施加的。
主动控制系统由传感器、运算器和施力作术。
主动控制有主动拉索系统（ATS）、主动支撑系统（ABS）、主动可变刚度系统（AVSS）、主动质期开始研究主动控制。
目前，主动控制在土木工程中的应用已达30多项，如日本的Takenaka实验控制力虽也由控制装置自身的运动而被动的产生，但在控制过程中控制装置可以利用外加能源主动调置、半主动TMD、半主动力触动器、半主动变刚度装置和半主动变阻尼装置等。
主动控制，或者是同时应用不止一种的被动控制装置，从而充分发挥每一种控制形式和每一种控制装：同时采用AMD和TMD的混合控制系统、主动控制和基础隔震相结合的混合控制系统以及主动控制和京的清水公司技术研究所。
，但由于建筑结构体形巨大导致所需的外加能源较大，加之控制装置的控制的算法比较复杂，而且存好，容易实现，目前发展最快，应用最广，尤其是其中的基础隔震技术已相当成熟，并得到了一定程主动控制低廉，而且不需要较大的动力源，因此其具有广阔的应用和发展前景；混合控制综合了某几和耗能减震技术。
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，防止地震破坏。
目前研究开发的基础和混合隔震等。
近年来，越来越多的国家开展了基础隔震技术的研究，因此，隔震技术也得到了飞速：日本94栋，美国21栋，中国46栋，意大利19栋，新西兰16栋，已采用了基础隔震技术。
最近有使结构的振动能量分散，即结构的振动能量在原结构和子结构之间重新分配，从而达到减小主结构振尼器（TLD）；（3）质量泵；（4）液压—质量控制系统（HMS）；（5）空气阻尼器。
浅谈土木工程结构振动控制技术
结构振动控制的概念及分类
耗能方案性能来抵御地震作用的，即由结构本身储存和消耗地震能量，以满足结构抗震设防标准，小震不坏，可能无法满足安全性的要求；另一方面，在满足设计要求的情况下，结构构件的尺寸可能需做得很大木工程领域新兴一种新型的抗震方式——结构振动控制，即对结构施加控制机构，由控制机构和结构半主动控制和混合控制。
是由控制装置随结构一起振动变形而被动产生的。
被动控制可分为基础隔震技术、耗能减震技术和吸是由控制装置按某种控制规律，利用外加能源主动施加的。
主动控制系统由传感器、运算器和施力作术。
主动控制有主动拉索系统（ATS）、主动支撑系统（ABS）、主动可变刚度系统（AVSS）、主动质期开始研究主动控制。
目前，主动控制在土木工程中的应用已达30多项，如日本的Takenaka实验控制力虽也由控制装置自身的运动而被动的产生，但在控制过程中控制装置可以利用外加能源主动调置、半主动TMD、半主动力触动器、半主动变刚度装置和半主动变阻尼装置等。
主动控制，或者是同时应用不止一种的被动控制装置，从而充分发挥每一种控制形式和每一种控制装：同时采用AMD和TMD的混合控制系统、主动控制和基础隔震相结合的混合控制系统以及主动控制和京的清水公司技术研究所。
，但由于建筑结构体形巨大导致所需的外加能源较大，加之控制装置的控制的算法比较复杂，而且存好，容易实现，目前发展最快，应用最广，尤其是其中的基础隔震技术已相当成熟，并得到了一定程主动控制低廉，而且不需要较大的动力源，因此其具有广阔的应用和发展前景；混合控制综合了某几和耗能减震技术。
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，防止地震破坏。
目前研究开发的基础和混合隔震等。
近年来，越来越多的国家开展了基础隔震技术的研究，因此，隔震技术也得到了飞速：日本94栋，美国21栋，中国46栋，意大利19栋，新西兰16栋，已采用了基础隔震技术。
最近有使结构的振动能量分散，即结构的振动能量在原结构和子结构之间重新分配，从而达到减小主结构振尼器（TLD）；（3）质量泵；（4）液压—质量控制系统（HMS）；（5）空气阻尼器。
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绪论
（3）结构半主动控制 近几十年来，半主动控制发展迅速。半主动变刚度
，半主动变阻尼：电流变、磁流变。 半主动控制特点：输入能量很小，控制效果接近主
冷却塔风毁
输电塔风毁
台风毁坏的房屋和桥梁
风的作用
风 灾 使 坏广 告 牌 毁
风的作用 斜拉桥拉索风雨振（日本）
风的作用 斜拉桥拉索风雨振（洞庭湖大桥）
风的作用 Tokyo bay Bridge
振动控制技术的பைடு நூலகம்展现状
结构振动控制
被动控制
主动控制
混合控制
半主动控制
基础 隔震
耗能减震
质量阻尼器
尼金 器属
屈 服 阻
摩器 粘尼 粘尼 调尼 调
擦 弹器 性器 谐器 谐 阻性液质液 尼阻体量体 器尼阻阻阻
主
锚 索
动 斜 撑
和
主
尼 器
动 质 量
阻
混
尼 器
合 质 量
阻
可控流体
器磁 器电 控主 控主 流 流 制动 制动 变变变 变 阻阻阻 刚 尼尼尼 度
被动控制形式Passive Control Systems
Excitation
PED Structure
Response
M
M
M
m
M
Passive Damper
Base Isolation
Tuned Mass Damper
绪论
研究结构振动控制技术目的 控制结构的振动响应 保证结构安全； 提高结构的舒适性 ； 避免因结构振动引起的公众恐慌。
振动控制技术简介及发展历史 （1）被动控制 a、隔震 1881年，日本河合浩藏提出了结构基础隔震的概念。 1924年，日本鬼头健三郎，提出了基础轴承隔震方案。 1978年，美国Kelly等，提出叠层橡胶支座隔震方案及 技术。
地震中破坏的桥梁
风的作用
风作用下结构可能发生颤振、驰振、涡振以及静风失稳
18英97年 国 泰 湾 桥 风 毁
风灾破坏事例
1948年美国塔可玛桥（Tacoma Narrow）风毁
风的破坏作用
Tacoma桥风毁视频
风的破坏作用
从 1918年起 ，至少有11座桥梁毁于强风
风灾破坏事例-静风失稳
地震作用（国外发生的16次地震）
2003年12月 伊朗6.6级强震，5万人死亡。 2004年2月 摩洛哥6.5级地震， 564人死亡。 2005年3月 苏门答腊8.7级地震， 1300人死亡。 2005年3月 日本南部7级地震， 1人死亡，672人受伤。 2005年2月 伊朗南部6.4级地震， 602人死亡。 2006年5月 印尼爪哇6.2级地震， 5782人死亡。 2007年7月 日本新潟6.8级地震，地震造成11人死亡。 2006年7月 印尼7.7级强震， 668人死亡。 2007年9月 印尼7.9级海底地震，10人死亡数百人受伤。 2007年8月 秘鲁8级强震， 510人死亡。 2009年9月 印尼7.9级地震， 5000人死亡。 2010年1月 海地7.3级地震，十余万人死亡。 2010年2月 智利8.8级地震， 799人死亡。 2011年2月 新西兰6.3级地震，200人遇难。 2011年3月 日本9.0级强震 2011年3月日本东北部海岸发生9.0级地震。 2011年3月缅甸7.2级地震。
结构振动控制技术
主讲：王修勇教授 湖南科技大学土木工程学院
二0一二年三月
第一章 绪论
结构的动力反应
结构在动荷载作用下引起的响应
Axst
1
12 222
常
地震
见
风
激
车辆
励
...
地震作用（中国发生的14次地震）
1556年中国陕西华县8级地震，死亡人数高达83万人。 1668年山东郯（tan）城8.5级，波及8省161县，史称“旷古奇灾” 。 1920年宁夏海原县8.5级，死亡24万人。 1927年甘肃古浪8级地震，死亡4万余人。 1932年甘肃昌马堡7.6级地震，死亡7万人。 1933年四川茂县7.5级地震。 1950年西藏察隅县8.6级地震。 1966年邢台6.8级、7.2级地震，共死亡8064人。 1970年云南省通海县7.7级地震。死亡15621人。 1975年辽宁省海城县7.3级地震。地震被成功预测预报预防。 1976年唐山7.8级地震，死亡24.2万人。 1988年云南省澜沧7.6级(澜沧)、7.2级(耿马)的两次大地震。 2008年汶川8.0级地震，6.9万人遇难。 2010年青海省玉树7.1级地震
绪论
b、耗能减振 1970年开始，Kelly提出在结构中设置非结构构件的耗能
元件—金属软钢屈服耗能器，包括：扭转梁，弯曲梁、U型 钢器件等，这一思想是对结构抗震延性设计的一个重要发展 。阻尼器被动减振应用。80年代开始TMD,TLD,TLCD的应用。 （2）主动控制
20世纪50年代，日本Kobori提出结构变刚度减震概念。 1972年，Yao应用现代控制理论，提出了土木工程结构振 动控制的概念，开创了结构主动控制的新里程。 结构主动控制特点：能取得很好的效果，需要很大外部 能量的输入。
地震的破坏作用
震源
产 生
地震波
传 递
建筑物所在场地
引 起
结构的地震反应
地震的破坏作用
钢结构 (扭转) Torsion by eccentric stiffness in plan
地震的破坏作用
多高层钢筋混凝土结构 Taiwan Earthquake 1999.9.21 1:47 2,300
底层大空间 Lessons from Earthquakes:
damage by weak first story (only columns)
地震的破坏作用
低层剪断滑移 Lessons from Earthquakes: damage by weak first story (only columns)
地震的破坏作用
中间层刚度突变,剪断 Lessons from Earthquakes: damage by weak story in middle height
地震的破坏作用
平面不规则 单层Lessons from Earthquakes: Low rise buildings also are were severely damaged
地震的破坏作用
房屋内部设备仪器倒塌破坏Lessons from Earthquakes:
Facilities inside the buildings were severely damaged