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斜拉桥的风致振动与车桥耦合振动研究

李强  
【摘要】: 由于近些年斜拉桥的大量修建,作为斜拉桥的两种主要振动形式,斜拉索的风雨激振和斜拉桥的车桥耦合振动也成为工程界十分关注的问题。本文对这两方面的内容进行了深入研究,主要内容包括以下几个方面。 1.讨论了拉索的风致振动的几种形式,介绍了风雨激振的研究方法和近期一些研究进展;介绍了风雨激振的多种减振方法;介绍了斜拉桥车桥耦合振动的特点和研究进展。 2.在考虑拉索垂度等条件下建立了拉索的风雨激振空间力学模型。在假设水线简谐运动,其频率和拉索一阶频率相等的条件下,得到了拉索在不加阻尼器的情况下的距顶端1/2和3/4处的面内、面外位移响应以及它们的幅频曲线,从而得出拉索主要是以单模态振动,且面内振动是安全的主要威胁。研究了跨中位移响应振幅和风速以及空气密度的关系,结果表明振幅随风速的增大而先增大后减小,随空气密度增大而增大。选用一对MR阻尼器对斜拉索进行减振,得到了平稳后的位移响应。为了优化减振效果,研究了模态阻尼比和阻尼器安装位置以及电压的关系。结果表明模态阻尼比存在最优电压值,而当阻尼器安装位置较高时,可以提供较好的减振效果。 3.在考虑路面不平度和风荷载作用的情况下,研究斜拉桥车桥耦合振动系统的动力响应行为,建立了斜拉桥车桥耦合振动的非线性动力学模型,利用仿真的方法,对车辆过桥的全过程进行了模拟。得到了斜拉桥桥面,拉索和车辆的响应,及其同路面不平度和风荷载以及车速的关系。结果表明:路面不平度的增大,使桥梁跨中和车辆的响应增大,路面不平度是影响桥梁跨中和车辆的响应的主要因素;风速的增大,使拉索跨中的响应增大,风速是影响拉索跨中响应的主要因素;车速的改变对响应结果影响很小,车速不是影响响应的主要因素。 4.建立了拉索风雨激振的空间振动方程,在不施加阻尼器,忽略拉索二阶振动模态的情况下,研究了两自由度耦合非线性动力学方程。在水线振幅ηm为不同值的情况下,得到了相平面图和庞加莱截面图。取ηm为分岔参数,得到了系统运动分岔曲线,展示了非常丰富的非线性动力学现象。


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