斜拉索风振下的振动响应与控制

【摘要】：斜拉索是斜拉桥组成部件中主要的受力构件之一,由于其柔度大、质量小、阻尼小和自振频率低等特点,对风荷载比较敏感,在风载作用下极易发生振动。由于风荷载对于拉索结构来说是一种非常重要的激振源,因此有必要对这种结构风振响应进行计算分析,并对响应进行有效的控制,这对于斜拉桥的设计与建设有重要的意义。 目前大跨度张拉结构抗风设计中风荷载的获取主要依据于风洞试验和现场实测。这两种方法虽然可以获得精确的风荷载时程样本,但造价昂贵、试验周期长。本文针对这两种方法的缺点,依据随机振动理论中的自回归(AR)分析原理,将目前仅应用在大刚度建筑结构表面风速度和风荷载模拟的方法推广到大柔度结构表面风的模拟,得到了一种高效率和高精度模拟大柔度结构脉动风速的方法。根据计算结构风振响应的需要,将风速转变为风荷载,利用MATLAB语言编制了模拟沿高度变化的风速程序和风荷载程序。将模拟风荷载施加到基于SAP2000有限元环境建立的斜拉索有限元模型表面,对索结构进行时程响应分析,获得了结构的风振响应。 斜拉索在风荷载作用下产生较大的振动,控制索振动的常用方法是在拉索和桥面间安装机械减振装置,如油阻尼器,以增加拉索的模态阻尼。本文模拟了油阻尼器对结构的风振响应的影响。模拟结果表明:加入油阻尼器后,控制点的位移响应得到明显的抑制。 本文最后在三维坐标下对有垂度的斜拉索模态阻尼比的影响因素进行了分析,包括斜拉索倾斜角、斜拉索垂度、阻尼器安装位置、阻尼器的阻尼系数、阻尼器安装倾角。结果表明:随着斜拉索的倾斜角增大,模态阻尼比也增大;当垂度参数lgλ2≤1.5时,随着斜拉索垂度参数的增大,模态阻尼比在减小;随着阻尼器与斜拉索连接点距离锚固端距离增大,模态阻尼比也增大。