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1.被動控制系統(tǒng)的分類

被動調(diào)諧技術(shù)主要包括被動調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（TMD）、調(diào)頻液體阻尼器（TLD）、液壓質(zhì)量振動控制系統(tǒng)(HMS)和懸吊質(zhì)量子系統(tǒng)等。這類技術(shù)的共同點都是使地震輸入結(jié)構(gòu)的能量部分轉(zhuǎn)移到附加的子系統(tǒng)上，從而達(dá)到減小主體結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的目的。

2．被動控制中典型裝置及其工程應(yīng)用

2.1耗能器控制（DissipatorsControl）

（1）鉛擠壓耗能器（LeadCompressionDissipator）

它是由外筒、可動軸和鉛組成。由于鉛是一種結(jié)晶金屬，當(dāng)發(fā)生塑性變形時，其晶格被拉長并錯動，此時一部分能量將轉(zhuǎn)化為熱量；另一部分能量為促進(jìn)再結(jié)晶而消耗，使金屬返回非變狀態(tài)。鉛擠壓阻尼器已被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)隔震中的阻尼器和多層建筑中的耗能器。新西蘭的幾座橋梁的隔震中應(yīng)用了鉛擠壓阻尼器；在日本，鉛擠壓阻尼器被用于一幢17層的鋼框架結(jié)構(gòu)中。

（2）摩擦耗能支撐（Friction-DampedBracedFrame）

摩擦耗能裝置是可滑動而改變形狀的機構(gòu)。該裝置按正常使用荷載及小震作用下不發(fā)生滑動設(shè)計；在強風(fēng)或強震作用下，其主要構(gòu)件尚未屈服時裝置滑移，以摩擦功耗能，并改變了結(jié)構(gòu)的動力特性，達(dá)到減振目的。

2.2被動調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（PassiveTunedMassDamper，簡稱PTMD或TMD）

被動TMD主要是增加質(zhì)量，降低結(jié)構(gòu)自振頻率，增大阻尼，降低結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)。它可以從根本上消除鞭梢效應(yīng)。對結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)來說，質(zhì)量阻尼器能有效地控制結(jié)構(gòu)高振型的影響，減小結(jié)構(gòu)基底剪力。對結(jié)構(gòu)風(fēng)振反應(yīng)來說，質(zhì)量阻尼器能有效地減小結(jié)構(gòu)頂部的加速度反應(yīng)。調(diào)頻質(zhì)量阻尼器的具體應(yīng)用，已有不少實例，如1971年建于澳大利亞的悉尼電視塔，它的底座為多層鋼筋混凝土大樓，都安裝了調(diào)頻質(zhì)量阻尼器。此外，調(diào)頻質(zhì)量阻尼器在大跨結(jié)構(gòu)中也有不少應(yīng)用。

2.3調(diào)頻液體阻尼器（TunedLiquidDamper，簡稱TLD）

自70年代初有人提出用TMD來增加結(jié)構(gòu)的阻尼，吸收結(jié)構(gòu)的振動能量以來，TMD（主動或被動）已被日本、美國、澳大利亞等國用于實際工程中。然而TMD也存在一些問題，如：對微小振動靈敏度不高；維持它運作的費用較高等等。1987年Sato等人提出了一種新型的被動控制裝置，調(diào)制液體阻尼器（簡稱TLD）。當(dāng)結(jié)構(gòu)在外界干擾時盛在容器中的液體產(chǎn)生晃動并引起波浪。這種水和波浪對容器的動壓力差就構(gòu)成了對建筑物的減振力。調(diào)頻液體阻尼器在日本有廣泛的應(yīng)用，最著名的是日本長崎機場指揮塔和日本橫濱導(dǎo)航塔。

2.4斜掛彈簧質(zhì)量阻尼器（TunedSpringDamper，簡稱TSD）

高聳結(jié)構(gòu)，特別是鋼結(jié)構(gòu)電視塔這樣一種高柔結(jié)構(gòu)物，在脈動風(fēng)作用下，動力響應(yīng)非常顯著，如果不對它實施控制，基本上時無法正常使用的。一般研究和應(yīng)用得較多的控制裝置是TMD，可是TMD的質(zhì)量塊較重，占用空間較大，一般很難安裝在電視塔天線段上。根據(jù)TMD的控制原理，提出了調(diào)頻彈簧阻尼器（簡稱TSD），它是由TMD演化而來的，而與TMD又不完全相同。TSD具有以下優(yōu)點：

（1）它能控制多方向的振動。

（2）質(zhì)量塊較輕，不會影響結(jié)構(gòu)本身的動力特性。

（3）裝置簡單，安裝方便，不需要附屬設(shè)備。

（4）占用空間小，可直接裝在天線段，從而控制點與結(jié)構(gòu)振型最大點重合，這是TMD所不能達(dá)到的。目前，關(guān)于TSD仍還有許多問題尚待研究。

2.5其他被動控制

例如用局部減振回轉(zhuǎn)儀來穩(wěn)定懸索橋的扭轉(zhuǎn)振動。圖4若去掉控制器，僅在框架上安裝預(yù)應(yīng)力斜支承，稱為被動錨索控制。

3.動控制的局限性結(jié)構(gòu)被動控制有一定的局限性。對于隔震技術(shù)：

（1）在類場地土上采用隔震體系是不安全的，長周期地震動將給隔震建筑帶來不利影響；

（2）隔震技術(shù)只能應(yīng)用于高度較低、高寬比較大的結(jié)構(gòu)物；

（3）隔震不能進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的風(fēng)振控制。消能減振技術(shù)是將地震輸入結(jié)構(gòu)的能量引向特別設(shè)置的機構(gòu)或元件加以吸收和耗散，這比傳統(tǒng)的依靠主體結(jié)構(gòu)本身及其節(jié)點延性耗散地震能量相比顯然更加合理。但消能元件往往是主體結(jié)構(gòu)的一個組成部分并不能完全避免主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性變形因而無法克服“延性結(jié)構(gòu)”設(shè)計的缺陷。

作者：羅敏單位：廣州城建開發(fā)設(shè)計院有限公司