中国土木工程结构控制的进展

中国土木工程结构控制的进展,土木工程外文翻译,工程量清单,商务标,投标策略外文题目AdvancesinStructuralControlinCivil＿＿EngineeringinChina＿＿译文题目中国土木工程结构控制的进展外文出处MathematicalProblemsinEngineering中国土木工程结构控制的进展近年来，中国特别强调和关注建筑和桥梁在减缓风和地震反应的研究和发展结构控制技术。土木工程结构控制已经从概念发展到到可行的技术并应用于实际工程结构。本文的目的就是综述中国研究的成果和应用在土木结构控制工程的情况。它包括被动控制、主动控制、混合进入半活性控制。最后提出了关于中国土木工程结构控制的未来的方向。1.介绍在使用期限内，位于地震环境中或大型风力频发地区的土木工程结构常常会受到严重的震动。这些振动产生的结果从无害到导致后期严重的结构性破坏以及潜在的结构破坏。传统的方法是通过扩大的部分列、梁、剪力墙或其他元素增加抗震的技术结构的刚度,这将提高抗震载荷,因为添加了质量结构。结果是,尽管成本与传统的结构抗震技术是增加了很多，但是结构的安全级别提高的较少。传统的抗震技术的另一个缺点，它侧重于结构的保护但忽略了结构的内部设施。因此它不能用在一些内部设施相当重要的结构，例如医院、城市生命线工程、核电站、博物馆建筑、建筑与精密仪器。尽管工程师不能完美的设计一栋抗强震和强风的建筑，结构控制在减少结构的振动方面还是有希望的。与传统抗震的方法不同，构造控制技术通过安装一些设备，机制，改变下部结构或调整结构的动态性能来抑制结构振动。结构控制系统一般是按照设备类型分成四个普通控制类型：被动、主动、混合、和半主动控制。一个活跃的控制系统是一个外部源功率控制致动器用规定的方法应用在整体结构，包括积极和主动质量肌腱系统阻尼器AMD。一个被动控制系统不需要外部电源，例如基础隔离法、能量耗散装置，谐质量阻尼器TMD。第1页共6页调谐液体阻尼器TLD。混合控制意味着组合使用活跃和被动控制系统。半活性控制系统是一类活动系统中只有小级的外部能量是需要改变参数的控制系统,如主动变刚度AVS系统和主动可变阻尼AVD系统。近年来在中国已有人正在进行结构控制方面的认真研究并且已经取得丰硕的成果。结构控制已从从理论分析和实验研究发展到了工程应用。在中国一整套包括基础隔震、消能、调谐质量阻尼器，调谐液体阻尼器、主动和半主动控制方法的技术已经用于新建结构或现有建筑物、桥梁、设施和其他结构。在本文中这个国家的研究的振动控制技术，包括理论和实验研究，实践评估了土木工程。在土木工程学中结构控制的方向正在研讨中。2.被动控制基础隔振系统被开发成一个减少地震荷载的建筑和设备的显著技术。在中国有五种材料被用于光电隔离器、包括砂层、石墨石灰砂浆层、幻灯片摩擦层、辊和橡胶轴承。橡胶轴承主要是在中国使用，相对容易生产，隔离轴承是由硫化粘结片橡胶与薄钢筋板组合而成。轴承在垂直的方向非常僵硬，而在水平方向相当灵活。根据励磁水平地震,一个孤立结构的基本振动周期是从短周期范围转到长期的范围。因此隔震结构对水平地震的反应远远低于非隔震结构。在此对橡胶轴承光电隔离器结构的显著优势进行了如下总结:在强震中隔离结构更安全。光电隔离器可以非常有效降低地震对结构的响应，并且可以防止结构损坏或崩溃。根据检测结果与实际地震记录，与传统的抗震结构相比，隔震结构的反应可以减少到传统结构的1/2∼1/8。为了解决更广泛应用隔离系统大量的测试橡胶轴承和振动台试验模型被构建的某些问题。对于光电隔离器力学特性的测试包括压缩测试，压缩和剪切循环加载测试。对于光电隔离器耐久性的测试包括低循环疲劳试验、蠕变试验和臭氧老化测试。结构振动台试验系统的测试包括大规模结构模型测试。结构的系统测试包括大规模结构性模型的振动台测试。在中国有五种不同的带有橡胶支架层的定位器。隔离层位于建筑物的地基上，这是最常见的方法。隔离层可以位于某些古老的地下室，它用在了许多结构上。隔离层也可以位于建筑物的顶部。过去常常在现存建筑物顶部的隔离层上添加1到2个细节作为因地震损坏的建筑物的改造。位于人行天桥和大楼连接处的隔离层常常用来分离与人行天桥连接的不同风格形状大楼。在由于地震而倒塌的大楼中多数存在一个高宽比例。与地震隔离层同样等级的这一颠覆性的破坏力也许会超过由重力提供的阻力，这将会导致轴承从上层建筑分离并且对橡胶层产生内部的损坏，甚至引起整个建筑的崩塌。层积状橡胶轴承受地震影响的不同情况下单个建筑物的高宽比例的限制是有李和吴负责调查研究的。根据数据显示，已经发现土壤选址的条件对高宽比例限制的数据十分重要。选址土壤越柔软，在不同地震强度条件下的高宽比例的数据限制性越小。单个建筑物的主要周期还在高宽比例的数据限制方面扮演着相当重要的角色。也就是说，第2页共6页周期长的单个建筑物将有相对较大的高宽比例的数值。上部构造的坚硬程度对高宽比例限制的影响很小。大多数结构都是以隔离设计为基础简化成平面模型。但是，由于计划的不规律性造成许多结构反常，大规模的反常，海拔的不规律等等。地震本质上讲是多维的，地震的结构性反应比较剧烈，这将导致不可忽视的扭转共振。在抗震期间基于对不同土壤选址的数据分析，以分离为基础的特殊结构的扭转地震措施的简化规划被展示出来。据表明，提出的规划彼此之间有很精确的契合度。它为以分离为基础的带有橡胶垫的特殊建筑的结构设计提供了方便简化的方法。基本的分离和能量损失系统的设计原则还包括在2001年由建筑部门出版的中国建筑抗震设计规范。基本的分离高速大桥和铁路大桥的设计规范也由交通运输部门和铁道部出版。目前，在中国抗震方面有三种不同的技术规范。中国关于抗震方面的三种设计规范的主要介绍如下：(1)为大楼、大桥、特殊结构和工业工厂提供抗震的设计方法。(2)为新建筑结构和现有建筑结构的花样翻新提供抗震设计的方法。(3)在设计上部结构的时候减少地震变形力，这将为居民楼的建造节约成本，特别在一些经济欠发达的地区。(4)控制隔离层的最大地平线剪切移位。这个最大值不会超过轴承直径的0.55倍和轴承剪切张力变形的300%。最大值应该是总的移位，包括结构系统的转化和扭转。第一个多层橡胶轴承的房屋建筑1993年在中国完成。这是一个由23个不同的直径从60厘米到80厘米不等的橡胶轴承支撑的8层楼建筑结构，它经历了1994年和1996年的两次强烈地震，现在仍被没有任何损坏。世界上最大的孤立建筑地区命名为IHBSH。它位于北京市中心附近。有一个由一个钢筋混凝土框架和两个架次组成的非常大的平台，用于存放所有设备和铁路枢纽设施，吸收了来自铁路枢纽的噪音。这个平台宽1500米,长2000米。平台的顶层建造了50座建筑。隔离建筑群的楼层面积大约480000平方米，这是世界上使用隔离层的最大的区域。橡胶轴承层位于顶层平台。采用这个构建复杂隔离层最大的好处包括：把建筑结构的安全性提高到传统设计方案的四倍，节省了25%的建设成本，层数从6层可以增加到9层，解决了铁路振动带来的环境问题与城市中心的噪声问题。地震光电隔离器在中国的应用证明隔震系统比传统的结构系统更安全、经济、合理。到目前为止超过500个基地孤立的建筑和桥梁已经全面实现了减轻地震和交通诱导反应的成果。2.2.能量耗散一个能量耗散系统是在结构中添加一些能量耗散器而形成的。能量耗散器为结构提供大量的将大多数振动能量从振动源消散的阻尼器，在地震中确保安全或保持风中舒适程度。在中国已经开发有许多种类的阻尼器，包括摩擦阻尼器，粘弹性阻尼器、粘滞液体阻尼器、铅阻尼器和金属阻尼器。第3页共6页摩擦提供了一个很好的能量耗散机制，并且在汽车刹车动能消散上已经应用多年。这种阻尼器是由普通材料和简单的机械配置，因此它们适用于多层和高层建筑。两种不同的能量耗散阻尼器基于摩擦的反应是由周和刘研究的。结果表明,摩擦耗能阻尼器可以驱散一大部分地震的输入能量并且滞回特性很稳定。为了满足中国在不同地震烈度地区能源的耗散要求，张、杨提出了双向摩擦阻尼器。实验结果表明,无论是在小地震还是强烈地震时，该双向摩擦阻尼器都可以降低结构振动。吴和欧提出了一种仿摩擦阻尼器来减少额外的摩擦阻尼器刚度在棺罩的影响。结果表明,仿摩擦阻尼器与棺罩式摩擦阻尼器小张力相比有明显的滞回特性,它对于改善框架柱延性是有益的。创新复合摩擦材料阻尼器一直在西安进行开发。这个创新的摩擦阻尼器和振动台测试的阻尼器结构模型被进行了全面的测试，测试表明这阻尼器结构对地震的响应与可以降低30%∼40%。在中国摩擦阻尼器已应用于工程结构中。例如134个有100KN到200KN滑动力容量的被动摩擦阻尼器应用于1997年沈阳政府办公大楼的改造。这个结构拟动力试验的一个1/3缩尺模型的构建和无摩擦阻尼器用来进行了研究改造建筑的抗震能力。铅阻尼器有矩形磁滞曲线的理想弹塑性属性。材料铅阻尼器的屈服极限设计后不能调整。因此,在一场强烈的地震中，由于大变形导致阻尼器的能力耗散能力变低。然而,在一场轻微的地震中，阻尼器不能屈服于释放能量。创新的弯剪和剪切铅阻尼器不管在轻微的还是强烈的地震中都可以衰减振动。粘弹性阻尼器拥有在任何形变程度下都能能量耗散的优点。因此粘弹性阻尼器可以应用在防风和抗震领域。中国已经开发出通过机械模型；设计技术对粘弹性阻尼器优化方法。在中国为抑制风力或地震引起的结构振动，粘弹性阻尼器也被应用于工程结构，例如宿迁市通讯大楼和潮汕新河建筑。液体也可以用来释放能量，因此人们也开发出许多种类的粘性流体阻尼器。在中国也有不同性能的商业粘性流体阻尼器在使用。在中国粘滞阻尼器被用于一些工程结构，包括北京银泰中心、淮阴颐正圆建筑、北京展览馆、宿迁市办公楼、宿迁的建筑施工、西安市的一座办公楼和北京饭店。北京银泰中心的塔式建筑的中心是一个60层，248米高容易受风力影响的钢结构，所以它安装了73套粘性流体阻尼器。2.3.调谐质量阻尼器调谐质量阻尼器这个概念由一个二级质量TMD与正确调整弹簧和阻尼元素组成，它提供一个可以增加一级结构阻尼的与频率相关的磁滞。战区导弹防御系统的频率可以调整成与之相同的控制结构，这样可以获得最佳的控制效果。在地震中战区导弹防御系统将根据主要结构振动从而反向移动，并且一个惯性力将作用于结构来降低结构的响应。一个TMD可以减弱的只有第一个模式响应的结构，与它的频率调谐到结构的基本频率。然而最初的几个模式里一个高层建筑结构是基础的。李、王给出了使用多个TMD法来控制多个模式的结构，得到了明显的减振效果。第4页共6页在中国TMD系统可由通过添加一个或多个主建筑屋顶的橡胶轴承层形成。在郑州国际会展中心有TMD控制系统应用的展示。调谐质量阻尼器也被用来抑制人类诱导人行天桥振动。在中国沈阳市有6套TMD系统被安装在箱形梁的一个52米跨度的人行天桥。2.4.调谐液体阻尼器在概念上与TMD类似，调谐液体阻尼器（TLD）和调谐液柱阻尼器（TLCD）为系统传授间接阻尼，从而提高结构性能。一个TLD通过流体的粘性行为和波破碎吸收结构能量。在一个TLCD结构中，能量通过一个固有的孔头然后经过一段液体被耗散。TLD大多是用来减少风力以防范工程上的结构振动。张进行了振动台试验,验证了振动控制结果源自于TLD遭受到了地震。研究表明，TLD适用于长周期的结构。然而只考虑第一种模式的结构响应是不够的。李给出了使用多个提取的多通道振动控制结构并进行了实验验证。实验结果表明控制两种模式对减少地震反应的有效性比只控制一个模式要好。TLCD的频率与TLCD管中的液体长度相关。要超过有低频率的建筑结构的可用空间，TLCD也许太大了。严和李通过对TLCD系统添加弹簧阻尼器给出了可调频率调谐液柱,它可以修改TLCD的频率并且消耗其应用领域。3.主动控制主动控制系统是用来控制结构对内部或外部刺激的响应，如机械或交通噪声、风或地震。需要考虑那里的安全或居住者的舒适程度。主动控制可以采用液压、气动、电磁、或电机滚珠丝杆驱动。理想的性能结构系统可以通过主动控制来获得，即致动器激发基于通过传感器测量响应信息的结构。控制结构涉及许