结构控制理论自1972年提出以来受到广泛重视。经过近40多年的研究，已经在结构控制理论方面取得了很大进展，在实验室内进行了各种各样的结构控制装置的试验，近年来已在很多工程中使用，取得了很好的效果。我国现行的《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）中也增加了隔震和耗能减震的内容。
被动控制的设计思想就是采用直接减少（消振）、隔离（基础隔震）、转移（吸振减震）、消耗（耗能减震）能量等达到减小结构振动的目的。由于易于工程实现，受到工程界普遍重视，因而起步早，应用最多。但其中的消振思想即减弱结构所受的动力荷载，在土木工程控制中很少应用。这里只对吸振减震进行介绍，隔震和耗能减震将在第9.2节中详细叙述。
吸振减震是在主体结构上附加子系统（吸振器），以减小主结构的振动（图9.3）。吸振器是包括质量、弹簧的小振动系统，常与黏滞阻尼器联合使用。质量相对运动的惯性力作为控制力，通过弹簧作用到结构。质量为液体的，有调谐液体阻尼器（TLD）、质量泵、液压阻尼系统（HDS）、油阻尼器等。质量泵利用液体振荡改变结构质量分布，研究表明用它来控制结构鞭梢效应效果良好。调谐液体阻尼器通过浅水层等波浪效应控制结构多维方向振动，应用实例有：我国南京电视塔、日本横滨港塔和川崎空港塔、日本法华俱乐部。有关研究表明TLD能有30%的减震效果（图9.4）。
图9.3 吸振器原理
图9.4 分散式TLD概念示意图
质量为固体的，有被动调谐质量阻尼器（P-TMD）、摆式质量阻尼器、多结构联系体系、悬挂结构等。其中P-TMD应用最广泛，如波士顿Hancock大楼（顶部两个300t的TMD）（图9.5）、加拿大多伦多National大厦（两个20t的TMD）、澳大利亚悉尼Tower（水箱为TMD）、泰国湄南河桥塔以及我国九江铁路公路两用长江大桥（图9.6）等。
图9.5 Hancock大楼
图9.6 九江长江大桥
调谐质量阻尼器TMD是目前高层建筑与高耸结构振动控制中应用最早的结构被动控制装置之一，用来减小建筑在风及地震作用下的振动和使用荷载所引起的振动（图9.7）。该系统是一个由弹簧、阻尼器和质量块组成的振动系统，一般支撑或悬挂在结构上。TMD系统对结构进行振动控制的机理是：当结构在外激励作用下产生振动时，带动TMD系统一起振动，TMD系统相对运动产生的惯性力反作用到结构上，调谐这个惯性力，使其对结构的振动产生控制作用，从而达到减小结构振动反应的目的。经过学者们大量的研究结果表明，调谐TMD系统的自振频率与结构某一振型自振频率达到最优调频比，TMD系统对此振型的振动反应控制效果最佳。
图9.7 TMD示意图(www.xing528.com)
TMD的质量块可以使用已有的水箱、钢筋混凝土块、装铅的钢箱、环绕在结构外部的装铅钢箱、环形水箱等，其质量一般取结构系统总质量的1/200～1/20，一般质量块质量越大，减震效果越好。弹簧系统可以用普通的螺旋弹簧或者用气动弹簧，弹簧一般要沿纵横两个方向安装或者四周都安装。阻尼系统一般用油压阻尼器，它通过调节活塞面积、油的黏滞度来控制阻尼。TMD的减震效果一般只能使结构振动响应下降20%～25%，对设计参数进行优化后能下降1/3～1/2。TMD的适用范围广，对于高层或其他低频长周期的也都能适用，可以单独使用，也可以与基础隔震等措施联合使用。TMD可以用来减小房屋在地震作用下的竖向震动，而隔震体系则不能隔离竖向振动。
TMD系统的优点是：对结构功能的影响较小；安装简单方便；维修、更换容易。与传统的抗震设计相比，采用TMD系统作为结构震动的控制装置，可以减少工程建设的造价。
图9.8 多调谐质量阻尼器（MTMD）
TMD系统对结构地震反应控制的关键是将TMD系统的自振频率调谐到被控制结构的自振频率上。随着时间的推移，结构的一些性能会发生变化，从而降低了TMD系统对结构的控制作用。为解决这个问题，学者们提出了多调谐质量阻尼器的概念（Multiple Tuned Mass Damper，MTMD），如图9.8所示。MTMD系统是由多个TMD组成的，其控制作用有两方面：一是利用MTMD系统控制单自由度结构体系，将每个TMD的自振频率分布在一定范围内。研究表明，MTMD系统对结构振动反应的控制效果比质量相等的TMD的控制效果好。二是利用MTMD系统控制多个自由度结构体系，将每个TMD的自振频率调谐到需要控制的结构相应振型的自振频率上。
近年来应用的半主动控制方法有变刚度和变阻尼两种。研究中，以数值分析研究较多；试验方面，则研究了半主动滑动摩擦支座、半主动刚度控制设备、半主动电流变阻尼器以及半主动磁流变阻尼器等半主动控制系统，其中尤其以磁流变阻尼器的发展更加引人注目。和抗地震激励能力，各种类型的A-TMD系统已经用于工程实际。世界首例A-TMD应用于日本京桥成和大厦（1990年8月，地上11层地下1层），顶部两台TMD分别控制水平和扭转振动，风
主动控制装置中以主动调谐质量阻尼器A TMD系统最为常见。为改善高层建筑和桥塔的抗风速为20m/s时，顶层位移减少50%～60%。同时，人们也研究了A-TMD的相关理论和设计方法等。此外，还有主动锚索控制系统、主动支撑系统、空气动力减振器等，其结构示意图如图9.9所示。
图9.9 主动控制系统结构示意图
另外，目前应用的还包括将不同控制技术相结合的混合控制，所用的控制装置主要有三大类：主动控制与基础隔震相结合（图9.10），ATMD和TMD相结合，主动控制（包括人工神经网络控制）与耗能装置相结合。
图9.10 主动控制A-TMD
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