考虑脉动风的斜拉索风雨振动分析与混合减振措施研究
斜拉桥是一种常见的桥型,其主要受力部件之一的斜拉索由于质量轻、柔度大等特点,极易受外界荷载的影响而产生振动,导致斜拉索保护套的开裂和破坏,使得水汽或腐蚀介质渗入拉索内部引起钢丝锈蚀,缩短拉索的使用寿命,给斜拉桥带来安全隐患,准确预测拉索在外部荷载下的响应并对进行振动控制是很有必要的。本文通过频率-波数谱模拟脉动风速场,应用在拉索风雨振动单自由度模型中分析自由拉索在风雨作用下的振动响应;进一步提出了混合使用粘滞阻尼器和调谐质量阻尼器的减振方案,对附加粘滞阻尼器（VD）和调谐质量阻尼器（TMD）拉索系统的动力特性进行深入研究。具体内容如下:本文的第2章首先建立了斜拉索风雨振动的单自由度分析模型,用谱表示法模拟拉索所在空间范围的脉动风速场并与平均风叠加,用以计算拉索所受的气动力,通过龙格-库塔-费尔伯格法求解拉索的运动方程,获得拉索的位移时程曲线后,对比拉索的风雨振动幅值与实测数据的差别。对比结果证实考虑脉动风后的风雨振动模型能更准确地预测拉索在风雨激励下的振动响应。第3章建立了TMD-拉索模型,主要分析由于附加TMD而给拉索系统引入的新模态的动力特性,对该振动模态进行参数分析并与原有模态的动力特性进行对比。研究发现,引入模态的动力特性与拉索原有模态的动力特性有较大的差别,TMD频率比是影响引入模态振动频率的主要因素,而其它参数的变化对引入模态的影响很小。对TMD-拉索系统的振动特性有较清晰的认知后,第4章建立了VD-TMD-拉索系统模型,通过数值方法研究各个参数对混合系统阻尼性能的影响,对该混合减振系统的极限解进行了分类讨论,并利用极限解分析了拉索系统的引入模态和原有模态的模态演化特性。研究结果表明,该混合减振系统的动力特性对TMD参数的变化更敏感,引入模态的演化区域比原有模态更多,因此安装TMD后拉索的模态行为更复杂。根据参数分析结果提出一种适用于该混合减振系统的简化参数优化方法。该方法通过分别优化TMD和VD的参数,起到一种将VD和TMD解耦的效果从而能够极大地减少参数优化过程的计算量。将参数优化的简化方法与常规方法应用到同一个算例上并对比二者的优化结果,验证了简化参数优化方法的准确性和有效性。
- 作者：
- 黄希桂
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 李利孝
- 中图分类号：
- U441.3
- 关键词：
- 斜拉索；粘滞阻尼器；调谐质量阻尼器；模态阻尼比；风雨振动
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- 基金项目：
- 国家自然科学基金资助项目"斜拉索-辅助索-索端阻尼器系统的减振机理与参数优化设计研究(编号:51578336)"%国家自然科学基金资助项目"形状记忆合金辅助索-索网结构减振的理论及试验研究(编号:51108269)"