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斜拉索面内参数振动数值分析及其控制

作　者: 李为洲
导　师: 华旭刚
学　校: 湖南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 斜拉索参数振动轴向位移激励耦合振动主动控制被动控制
分类号: U448.27
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

由于斜拉索阻尼低、柔度大的特性，拉索在轴向位移激励下容易发生振动。当桥梁自振频率达到拉索基频特定倍数时，微小的扰动可能引发拉索剧烈振动，严重威胁到桥梁结构安全和使用寿命。因此，研究拉索振动特性和设计有效的控制方法对拉索的维护是非常有必要的。文章侧重由桥面运动造成的拉索参数振动响应研究。介绍了斜拉桥的发展过程和现阶段拉索实际应用中出现的振动问题。以洋浦大桥为背景，就拉索振动在其振动机理、破坏形式、影响参数和控制方法上进行研究。分析研究成果如下：(1)在理想激励下，考虑拉索的第一阶模态建立了拉索在轴向位移激励下的系统振动方程。对于系统参数振动的特性采用四阶龙格库塔法进行数值分析。主要研究了激励频率、激励幅值、斜拉索阻尼、倾角和初始索力等参数对拉索参数共振响应的影响。(2)采用Ansys对全桥进行了有限单元模拟和动力计算。就全桥拉索的参数共振可能性进行了分析，得到了全桥前20阶自振频率和相应的模态特性以及拉索前10阶自振频率，通过两者的对比得到了可能发生共振的斜拉索。(3)基于拉索-桥面耦合效应和斜拉索垂度效应建立了系统耦合运动模型。在第一个模型中，取拉索前两阶模态进行分析，推导了系统三个自由度的非线性微分方程组。在第二个模型中，取拉索第一阶模态进行分析，推导了系统两个自由度的非线性微分方程组。研究了拉索和桥面的初始位移、桥面刚度、拉索阻尼对系统耦合振动的影响。Equation Chapter1Section1(4)建立了拉索-阻尼器系统振动模型，根据LQ控制方法得到最优主动控制律，并对拉索参数振动进行主动控制；编写Matlab被动控制程序对拉索进行被动控制。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-14
第1章绪论  14-26
  1.1 拉索结构的发展  14-16
  1.2 拉索振动研究概述  16-20
    1.2.1 研究背景  16-17
    1.2.2 振动机理  17-20
  1.3 斜拉索振动控制研究现状  20-25
    1.3.1 被动控制  20-23
    1.3.2 半主动控制  23-24
    1.3.3 主动控制  24-25
  1.4 文章的研究内容  25-26
第2章拉索参数振动  26-46
  2.1 拉索单自由度振动模型  26-41
    2.1.1 拉索振动方程  27-29
    2.1.2 不稳定区域分析  29-30
    2.1.3 参数特性分析  30-41
  2.2 避免拉索发生大幅参数振动的条件  41-44
  2.3 本章小结  44-46
第3章索桥耦合振动  46-74
  3.1 工程概况  46-47
  3.3 全桥动力特性分析  47-51
    3.3.1 有限元模型的建立  47
    3.3.2 拉索参数  47-49
    3.3.3 拉索振动特性分析  49-51
  3.4 拉索参数振动和共振分析  51-56
  3.5 拉索前二阶模态参与桥索耦合振动  56-64
    3.5.1 系统耦合方程  56-59
    3.5.2 系统耦合振动分析  59-64
  3.6 拉索一阶模态参与桥索耦合振动  64-73
    3.6.1 系统耦合振动分析  64-68
    3.6.2 参数影响分析  68-73
  3.7 本章小结  73-74
第4章斜拉索振动控制  74-86
  4.1 拉索主动控制  75-82
    4.1.1 单模态控制  77-78
    4.1.2 拉索主动控制分析  78-82
  4.2 拉索被动控制  82-85
    4.2.1 被动控制数值分析  82-85
  4.3 本章小结  85-86
结论与展望  86-88
参考文献  88-92
致谢  92

斜拉索面内参数振动数值分析及其控制

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