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斜拉索的非线性振动分析

作　者: 熊蓉
导　师: 肖勇刚
学　校: 长沙理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 斜拉桥斜拉索非线性振动自由振动风雨振动模态分析损伤动力分析有限元
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

斜拉桥在现代桥梁建设中应用广泛,其在跨度上和经济上的优越性也是其他桥型无可比拟的。但斜拉索的振动尤其是非线性振动问题一直是研究的一个重点和难点。索的非线性振动可能导致拉索损伤或者腐蚀,甚至会危及到桥梁结构的寿命。?本文主要研究了斜拉索的非线性振动。分析了斜拉索的非线性的影响因素,即斜拉索的垂度效应、弯矩和轴力组合效应以及结构大位移效应,并讨论了针对各种因素可采取的有效处理方法。讨论了拉索非线性振动的机理,并建立了单自由度的斜拉索的非线性自由振动模型和两自由度的斜拉索风雨振动模型,并针对模型建立了运动方程,利用数学知识、弹塑性力学知识等对斜拉索的运动方程进行了简化,对拉索的单模态振动进行了数值分析,并应用案例对考虑抗弯刚度和不考虑抗弯刚度两种情况下拉索的非线性自由振动进行了分析,且对其振动的影响因素和影响的具体过程进行了分析总结,得出了有用的结论。在对风雨振动进行研究的时候,重点从风雨激振的成因、振动机理、振动特征、振动模型和振动方程建立和求解上来分析,并讨论了各参数对拉索风雨激振的影响,得到了一些结论。?本文还对索桥耦合的非线性振动进行了简要的分析,建立了拉索和桥面质量块两自由度模型,并推导了振动方程。在实例分析中,通过改变拉索的刚度来模拟斜拉索的损伤,研究了拉索损伤对索桥耦合结构的非线性动力特性和精力特性的影响,并对结果进行了比较,得出了相关结论。文中还对斜拉索单元的几种模拟方法进行了简单探讨和比较,并对斜拉索振动的减振措施进行了分析,得出了一些有用的结论。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 斜拉桥的发展历史简介  10-11
    1.1.1 斜拉桥的发展历史  10
    1.1.2 世界十大斜拉桥  10-11
  1.2 斜拉索振动分类  11-13
    1.2.1 涡激振动  11-12
    1.2.2 尾流驰振  12
    1.2.3 抖振  12
    1.2.4 空气动力失稳  12-13
    1.2.5 风雨振动  13
    1.2.6 参数振动  13
    1.2.7 索内线性共振  13
  1.3 研究历史及现状  13-16
  1.4 研究方法的介绍  16-17
  1.5 研究的意义  17
  1.6 本文主要研究内容  17-19
第二章斜拉索的非线性自由振动  19-45
  2.1 引言  19
  2.2 斜拉索的非线性的影响因素及处理  19-29
    2.2.1 斜拉索的垂度效应  19-24
    2.2.2 弯矩和轴力组合效应  24-29
    2.2.3 结构大位移效应  29
  2.3 斜拉索单元的模拟  29-33
    2.3.1 等效弹性模量法（切线模量法）  29-30
    2.3.2 多段杆单元法  30
    2.3.3σ ?ε 法  30-31
    2.3.4 算例与分析  31-33
  2.4 不考虑弯曲刚度的小垂度拉索非线性自由振动  33-39
    2.4.1 运动微分方程的建立  33-35
    2.4.2 应力-应变-位移关系  35-36
    2.4.3 微分方程的简化  36-37
    2.4.4 拉索的单模态振动分析  37
    2.4.5 案例分析  37-39
  2.5 考虑弯曲刚度的小垂度拉索非线性自由振动  39-44
    2.5.1 运动微分方程  39-41
    2.5.2 非线性振动方程的简化以及求解  41-42
    2.5.3 拉索的单模态振动分析  42
    2.5.4 案例分析  42-44
  2.6 本章小结  44-45
第三章斜拉索的非线性风雨振动  45-65
  3.1 引言  45
  3.2 风雨激振的研究意义  45-46
  3.3 风雨激振的研究现状及其发展  46-48
  3.4 风雨振动的发生条件和振动特征  48-49
    3.4.1 风雨振动发生的条件  48
    3.4.2 风雨振动的振动特征  48-49
  3.5 斜拉索风雨振动的形成机理  49-50
    3.5.1 驰振机理  49
    3.5.2 上水线振荡诱发机理  49
    3.5.3 上水线特定位置致振机理  49-50
    3.5.4 轴向流与水线间的气液耦合现象引发振动机理  50
  3.6 斜拉索风雨振动的非线性方程  50-59
    3.6.1 基本假定  50
    3.6.2 运动方程组的建立  50-54
    3.6.3 运动方程组的求解  54-59
  3.7 各参数对拉索风雨振动的影响  59-62
    3.7.1 阻尼比的影响  59-60
    3.7.2 密度比的影响  60-62
  3.8 风雨激振的减震措施  62-64
    3.8.1 空气动力学措施：  62-63
    3.8.2 机械减振措施  63-64
    3.8.3 结构减振措施  64
  3.9 本章小结  64-65
第四章索-桥耦合的非线性振动方程以及索的损伤对桥梁的非线性影响  65-76
  4.1 引言  65
  4.2 索桥耦合的非线性振动方程  65-67
  4.3 索的损伤对桥的动力特性的影响  67-73
    4.3.1.工程背景：  68-69
    4.3.2.动力分析模型的建立  69-72
    4.3.3.结论  72-73
  4.4 索的损伤对桥的静力特性的影响  73-74
    4.4.1 对主梁的影响  73
    4.4.2 对主塔的影响  73-74
  4.5 本章小结  74-76
第五章结论与展望  76-78
  5.1 结论  76-77
  5.2 展望  77-78
参考文献  78-83
致谢  83-84
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的项目  84

斜拉索的非线性振动分析

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