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考虑桥面运动影响的斜拉索减振研究

彭化义  
【摘要】:近几十年来,斜拉桥如雨后春笋般矗立在世界各地,发展势头尤为强劲。进入新千年以来,我国斜拉桥的发展取得了骄人的成绩,引领着世界斜拉桥发展的先进水平,斜拉桥跨度也在不断地被我国桥梁设计和建造者们刷新。斜拉索作为斜拉桥重要的传力和受力结构,且其设计和施工成本占全桥成本的25%-30%,因此拉索的设计和施工称为全桥设计和施工的关键节点。 然而,近年来关于斜拉索振动毁损造成斜拉桥结构破坏和交通中断产生巨大维护费用的报道屡见报端。斜拉索如此容易振动毁损是由其自身属性所决定的,斜拉索结构修长使得柔性很大、斜拉索自身阻尼很小使得其抑振能力弱、拉索单位长度质量轻且长期处于高动应力状态,这些属性都使得拉索易于在外部扰动下发生各种机理的振动。因而针对斜拉索自身属性的弱点,加强对斜拉索抑振的研究变得十分必要和迫切。 本文将研究分别采用调谐质量阻尼器(TMD)和磁流变阻尼器(MRD)对垂度索进行减振控制。在前人所做研究的基础上,拟将桥面运动、斜拉索自身的阻尼和刚度引入拉索阻尼器减振系统的理论模型中。首先,分别完成对两种斜拉索-阻尼器减振系统的理论推导,将拉索自身阻尼和刚度引入拉索TMD减振系统模型,并将分别建立桥面拉索MRD的非耦合与修正斜拉索-MR阻尼器-桥面耦合模型,并对非耦合与耦合模型作相应的对比分析。然后,运用复模态频率法分别求解所建立的拉索-TMD减振模型和拉索-MRD减振模型,绘出了系统复模态阻尼比与各项无量纲参数诸如索倾角、垂度、索阻尼比、安装位置和拉索自重张力比等的优化曲线,得出除拉索倾角对系统减振性能的贡献受桥面运动模式影响外,拉索和阻尼器阻尼系数均宜于两种系统的减振而拉索和阻尼器的刚度则不利于系统阻尼的提升,不同的是垂度系数和安装位置变化对系统阻尼的作用依赖于减振系统类型。最后,结合阻尼器设计、安装、控振能力和发展前景对比分析TMD减振系统和MRD减振系统的优缺点;结合实际工程算例,分别计算分析了两种减振系统的抑振性能,并运用前述所做出的参数优化曲线分析和拟定新的参数。通过工程算例很好的验证了本文优化模型的正确性,以及新的耦合模型纠正了前述MRD非耦合模型高估了结构减振性能的缺陷。


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