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斜拉索风雨振分析及磁流变阻尼器减振应用研究

李利军  
【摘要】:大跨度斜拉桥拉索具有较小的质量和极低的阻尼,在风、风雨及桥面振动等激励下极易发生振动,产生如涡激共振、尾流驰振、参数共振和风雨振等,拉索的大幅振动对拉索的使用寿命和桥梁安全运营构成极大威胁,它已成为大跨度斜拉桥急需解决的关键问题之一。因此,研究拉索振动的机理及其振动控制措施对于斜拉桥的建设和维护具有重要意义。 研究证明,控制拉索振动最直接和最有效的方法是增加拉索的阻尼。目前增加拉索阻尼的常用办法是在拉索和桥面间安装被动阻尼器,如油阻尼器、粘性体阻尼器等。虽然该类阻尼器已成功应用于世界上许多桥梁,但也表现出明显的缺点,即难以达到最佳的减振效果,其优化设计理论也需要加以改进和完善。近年来,一种由高科技亚纳米材料——磁流变体制成的磁流变智能阻尼器(Magneto-Rheological(MR)Damper)问世并应用于实际工程减振,该阻尼器的阻尼特性随输入电压的变化而改变,具有良好的可变阻尼特征,可实现半主动控制。 本文系统回顾了各国学者对拉索风雨振动的研究,总结了目前针对于斜拉索风雨振动所能采用的各种控制方法,其中包括空气动力学控制措施及机械控制措施。详细介绍了斜拉索振动控制的智能阻尼减振技术——磁流变液、磁流变阻尼器及滨州黄河公路大桥斜拉索磁流变智能阻尼控制系统。 本文应用Hamilton原理,采用模态坐标,建立了斜拉索—磁流变阻尼器系统的运动方程及其分析方法;建立了空间状态的斜拉索—磁流变阻尼器的振动控制模型。用大型有限元通用软件ANSYS对滨州黄河大桥安装磁流变阻尼器的最长的N26和最短的N22斜拉索进行了脉动风荷载作用下的计算分析。


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