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大跨度桥梁颤振及涡激振动主动控制

喻梅  
【摘要】:颤振是大跨度桥梁风致振动中最具毁灭性的振动,是桥梁向大跨度发展的制约因素,研究提高大跨度桥梁颤振稳定性的措施,是建造主跨跨径超过2000m的大跨度桥梁必须解决的关键问题。论文在总结国内外大跨度桥梁颤振控制方法的基础上,利用现代控制理论,对大跨度桥梁颤振主动控制的方法进行了研究。涡激振动是由气流绕过桥梁时产生的旋涡脱落而激发起的振动,虽然没有颤振那样危险,但由于涡激振动是桥梁在低风速下容易发生的一种风致振动,因此必须对涡激振动进行控制,论文研究了对大跨度桥梁涡激振动进行主动控制的理论与方法,主要进行了以下工作。 1.回顾了目前大跨度桥梁颤振及涡激振动控制的研究现状,并对各种方法进行了分析与评述; 2.建立了大跨度桥梁颤振AMD主动控制的运动方程,然后将此振动系统的运动方程转化到状态空间里; 3.利用次最优控制理论,研究了对大跨度桥梁颤振进行了主动控制的理论与方法,并以一大跨度悬索桥为例,验证了颤振主动控制方法的有效性; 4.分别基于线性涡激力模型与非线性涡激力模型,在频域和时域里研究了大跨度桥梁涡激振动TMD被动控制的理论,分析了振动系统的频率响应,提出了TMD参数优化的方法,并以一大跨度悬索桥为例,进行了算例验证; 5.基于经验线性涡激力模型,在频域和时域里研究了大跨度桥梁涡激振动AMD主动控制的理论,推导了振动系统的频率响应,基于瞬时最优理论,在状态空间里得到了桥梁涡激振动主动控制力,并进行了主动控制效果的算例验证; 6.基于经验非线性涡激力模型,建立了大跨度桥梁非线性涡激振动主动控制系统的运动方程,利用微分几何理论,对非线性振动系统进行了微分同胚变换,实现了非线性振动系统的部分反馈线性化; 7.通过Lyapunov稳定性理论,得到了非线性主动控制律表达式,求解了非线性振动系统的响应,并通过算例验证了桥梁涡激振动非线性主动控制的有效性;


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