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基于SMA拉索的梁桥多维振动控制方法

程方杰  
【摘要】:随着桥梁结构跨度和宽度的不断增加,探讨桥梁结构动力安全性变得越来越重要。传统方法是依靠提高强度和刚度来增强结构的抗力,以满足结构的安全性、适用性以及舒适性等要求,这无疑会大幅度地增加建设成本。故目前工程界迫切需要寻找一种经济实用、效果显著且不依靠外界能源的新的结构控制理论和方法用于指导设计。基于此需求,本文完成了以下研究: (1)提出了基于形状记忆合金(SMA)的桥梁减振方法。基于NiTi形状记忆合金伪弹性、高耗能、大阻尼、抗疲劳、耐腐蚀等特性,提出了抑制梁桥的横向扭转、竖弯和纵向振动等多维振动方法; (2)有限元数值分析。利用有限元数值方法建立了安装形状记忆合金拉索前后的简支梁桥有限元对比计算分析模型;进行了其特征值的对比分析以及车辆偏载和地震荷载作用下的减振效果验证校核; (3)理论计算分析。推导了基于形状记忆合金拉索的的简支梁桥的弯曲自由振动和扭转自由振动计算公式以及匀速常量力和简谐力作用下的弯曲振动和扭转振动计算公式; (4)模型试验研究。设计和制作了基于形状记忆合金拉索的简支梁试验模型;测试了安装SMA拉索前后梁体自由振动振型以及车辆荷载作用下梁体竖弯振动和扭转振动位移响应;验证了安装SMA拉索对梁桥的竖向弯曲自由振动和扭转自由振动以及车辆荷载作用下的竖向弯曲振动和扭转振动的抑制作用; (5)模型试验数据、理论计算结果和有限元数值解的对比分析。进行了有限元数值解、推导的理论计算值和梁桥试验模型结果三者的比较分析,总结了安装形状记忆合金拉索对简支梁桥的竖向位移、纵向位移和横向扭转位移起到一定的抑制作用。


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