建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制
20世紀(jì)末期，人們開始越來越多地將現(xiàn)代控制理論應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)隔震，利用各種阻尼器吸能、耗能系統(tǒng)，高層建筑及大跨結(jié)構(gòu)的被動(dòng)式質(zhì)量調(diào)諧阻尼系統(tǒng)和主動(dòng)、半主動(dòng)控制減震系統(tǒng)，均有較為成功的工程案例。
其中，美國(guó)是該領(lǐng)域發(fā)展最快的國(guó)家之一。作為美國(guó)的主要震區(qū)，加利福尼亞州的建筑項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中如果不考慮應(yīng)用阻尼器，甚至難以得到業(yè)主和主管部門的批準(zhǔn)同意。
1994年對(duì)于美國(guó)的振動(dòng)控制領(lǐng)域來說，是一次考驗(yàn)，也是新的機(jī)遇。在這一年，洛杉磯召開了第一屆國(guó)際結(jié)構(gòu)控制會(huì)議，自此，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的控制，逐漸成為地震工程中的熱點(diǎn)和前沿性研究方向。
同年，在加州北嶺地震中，幾棟橡膠支座隔震房屋經(jīng)受住了強(qiáng)烈地震的考驗(yàn)，其在1995年日本兵庫(kù)縣南部地震中的表現(xiàn)同樣優(yōu)異�？梢哉f，這對(duì)橡膠支座技術(shù)的發(fā)展起到了較好的促進(jìn)作用。自這兩次地震以來，應(yīng)用橡膠支座的基礎(chǔ)隔震技術(shù)已獲得工程界的認(rèn)同，相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也已付諸實(shí)施，減振耗能或消能技術(shù)近年來也已從基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向工程應(yīng)用，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)亦已著手編制。
從策略上講，減振消能方法是將地震輸入結(jié)構(gòu)的能量引向特別設(shè)置的機(jī)構(gòu)和元件加以吸收和耗散，以保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的安全。這與傳統(tǒng)的依靠結(jié)構(gòu)本身及其節(jié)點(diǎn)的延性耗散地震能量相比，顯然是前進(jìn)了一步。
阻尼減振降噪技術(shù)是最近幾十年發(fā)展起來的一種高新技術(shù)。阻尼材料是將固體機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒌牟牧�，主要用于振�?dòng)和噪聲控制。
阻尼減振降噪技術(shù)初期主要用于航空、航天、固體火箭推進(jìn)、艦艇隱身等軍事領(lǐng)域，其后又逐步向運(yùn)載工具、土木建筑、軌道交通等民用方面推廣應(yīng)用，取得了顯著的成就。美國(guó)的3M公司、法國(guó)的Metro Vib公司、日本的關(guān)西涂料株式會(huì)社等，都針對(duì)運(yùn)載火箭、戰(zhàn)斗機(jī)、坦克、地鐵、高速鐵路、轎車等行業(yè)的阻尼減振降噪材料和技術(shù)開展了大量的研制和應(yīng)用工作。
為了促進(jìn)各類阻尼器的研究和推廣應(yīng)用，美國(guó)國(guó)家地震工程研究中心編制了若干系列叢書，這對(duì)于研究和應(yīng)用阻尼器很有參考價(jià)值。
粘彈性阻尼器是阻尼力與速度成比例的線性或弱非線性粘彈性元件，通常用有機(jī)硅和其他高分子材料制成。美國(guó)3M公司對(duì)粘彈性阻尼器具有較長(zhǎng)的開發(fā)歷史，其產(chǎn)品的主要優(yōu)點(diǎn)是沒有明顯的閾值，對(duì)大震和小震都能起作用。
美國(guó)Taylor公司和Enidine公司生產(chǎn)的粘滯阻尼器（油阻尼器）更適合對(duì)已有結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固，這是因?yàn)橛妥枘崞鞑惶峁└郊拥膭偠�，不�?huì)因安裝阻尼器而減小結(jié)構(gòu)的自振周期，從而增加地震作用。這種阻尼器的性能和質(zhì)量取決于制造工藝、精度和油料的質(zhì)量，目前常用的油料是硅油。適當(dāng)控制油料的粘度可以設(shè)計(jì)制造出不同性能的阻尼器。
調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）和調(diào)諧液動(dòng)阻尼器（TLD）是利用二次系統(tǒng)吸引主體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量而使主體結(jié)構(gòu)減振的方法。TMD、TLD、液壓質(zhì)量控制系統(tǒng)（HMS）和消能減振方法簡(jiǎn)單實(shí)用，所需費(fèi)用也比較低，今后可以在已有成就的基礎(chǔ)上結(jié)合各類結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，開發(fā)新型實(shí)用的機(jī)構(gòu)，發(fā)展定型產(chǎn)品，研究配套的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和構(gòu)造措施，擴(kuò)大其在實(shí)際工程中的應(yīng)用，充分發(fā)揮減振效果。
美國(guó)對(duì)變阻尼半主動(dòng)控制的研究一度非常活躍，其目的在于尋找比定阻尼系統(tǒng)更好的減振效果。變孔徑油阻尼器在減小建筑物地震響應(yīng)方面的效果已在小比例模型上進(jìn)行過試驗(yàn)驗(yàn)證。這項(xiàng)技術(shù)首先被應(yīng)用于一座橋梁上，這也被認(rèn)為是美國(guó)首次將半主動(dòng)控制應(yīng)用于實(shí)際工程。
此外，東南大學(xué)土木系曾與美國(guó)布法羅紐約州立大學(xué)地震工程研究中心合作，在南京電視塔原有TMD的基礎(chǔ)上采用混合控制技術(shù)，以減小結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)和地震中的反應(yīng)，這是繼日本之后將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程的又一實(shí)例。
針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)，國(guó)外使用比較多的是粘滯阻尼器。2005 年，震驚世界的美國(guó)卡特里娜颶風(fēng)幾乎完全摧毀了美國(guó)50萬人口的新奧爾良市和莫比爾灣區(qū)，同樣給該地區(qū)的橋梁、建筑和海洋平臺(tái)帶來了巨大的破壞。大風(fēng)吹來的海洋平臺(tái)給該地區(qū)的Cochrane大橋橋面以巨大的撞擊，大橋支座遭到一定程度的破壞。
颶風(fēng)后，美國(guó)阿拉巴馬能源部對(duì)大橋進(jìn)行了鑒定觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)設(shè)置了68個(gè)抗風(fēng)懸索阻尼器的斜拉索在大風(fēng)中沒有遭到任何破壞。他們的結(jié)論是，Taylor公司的阻尼器減少了懸索和橋塔的振動(dòng)，避免了懸索的共振，從而起到了巨大的保護(hù)作用。
設(shè)立噪聲標(biāo)準(zhǔn)
與其他交通工具相比，軌道交通具有方便快捷、運(yùn)輸量大、安全可靠等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)逐漸成為許多大城市優(yōu)先發(fā)展的公共基礎(chǔ)設(shè)施。
然而，軌道交通在解決城市交通擁堵的同時(shí)，由于輪軌之間的撞擊、車輛設(shè)備等產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲，不僅為車廂內(nèi)的乘客帶來了不適，而且對(duì)周圍環(huán)境也產(chǎn)生了極其不利的影響。
美國(guó)在軌道交通的噪聲與振動(dòng)方面的發(fā)展雖然并不是最早的，但可謂進(jìn)展迅速。
美國(guó)的振動(dòng)研究所早在近半個(gè)世紀(jì)以前的1967年就已經(jīng)成立，其旨在建立一個(gè)科學(xué)界、工程師等專業(yè)人士跨行業(yè)、跨領(lǐng)域交流如何測(cè)量和分析振動(dòng)的機(jī)構(gòu)。
美國(guó)聲與振動(dòng)研究所則擁有聲學(xué)與振動(dòng)領(lǐng)域較強(qiáng)的信息技術(shù)背景和研發(fā)能力，其網(wǎng)站顯示其成功案例包括巴西UTE Bacarena發(fā)電廠、國(guó)家大劇院空調(diào)系統(tǒng)的噪聲與振動(dòng)控制工程設(shè)計(jì)，以及利用阻尼彈簧隔振器對(duì)東風(fēng)汽車進(jìn)行隔振工程設(shè)計(jì)與建造等。
其中，美國(guó)城市軌道交通環(huán)境噪聲的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)具有科學(xué)性強(qiáng)的特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)制定所依據(jù)的原始資料獲得了美國(guó)和國(guó)際環(huán)保界及聲學(xué)界的公認(rèn)。
2006年，美國(guó)運(yùn)輸部聯(lián)邦公共交通管理局修訂了《公共交通運(yùn)輸噪聲和振動(dòng)評(píng)價(jià)指南》，其中提出了一套城市軌道交通工程噪聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)適用于所有城市軌道交通工程（地鐵、輕軌、自動(dòng)導(dǎo)軌等）及其固定設(shè)施（車輛段、停車場(chǎng)、車站、變電站等）。
這一標(biāo)準(zhǔn)制定的依據(jù)來源于美國(guó)環(huán)境保護(hù)局于20世紀(jì)70年代進(jìn)行社區(qū)公眾對(duì)噪聲的反應(yīng)度調(diào)查研究。其結(jié)果獲得了美國(guó)聯(lián)邦噪聲問題協(xié)調(diào)委員會(huì)、美國(guó)住房和城市開發(fā)部、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)和國(guó)際聲學(xué)界的廣泛認(rèn)可。根據(jù)美國(guó)環(huán)保局的調(diào)查研究結(jié)果,交通噪聲是公眾最反感的。
美國(guó)城市軌道交通工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是以軌道交通工程實(shí)施前后其所在區(qū)域環(huán)境噪聲級(jí)的增加值為基礎(chǔ)，根據(jù)工程影響區(qū)域的具體土地利用類別確定標(biāo)準(zhǔn)值。該評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包含了絕對(duì)性標(biāo)準(zhǔn)，即考慮由交通工程自身引起的噪聲值；也包括相對(duì)性標(biāo)準(zhǔn)，即考慮由于交通工程引起的環(huán)境噪聲的改變量。
美國(guó)軌道交通環(huán)境噪聲評(píng)價(jià)大致分為三個(gè)階段:噪音甄別階段、一般評(píng)價(jià)階段和詳細(xì)分析階段。
噪音甄別階段是用來確定一定距離內(nèi)由軌道交通誘發(fā)的噪音出現(xiàn)的可能性，主要用于項(xiàng)目決策階段；一般評(píng)價(jià)階段則用于評(píng)價(jià)噪聲影響的潛能或程度，是在規(guī)劃線路時(shí)對(duì)振動(dòng)和噪音的評(píng)估；詳細(xì)分析階段需要更加具體的工程項(xiàng)目的信息，例如線路選址、交通容量、單個(gè)噪聲源持續(xù)時(shí)間等。與一般評(píng)價(jià)階段相比，詳細(xì)分析階段對(duì)噪聲的評(píng)估和預(yù)測(cè)更加精確�！�