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基础激励下桥梁斜拉索振动分析与控制

作　者: 付英
导　师: 刘红军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 斜拉索磁流变阻尼器谐波共振参数共振振动控制
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

斜拉索是斜拉桥中的主要承重结构,它具有阻尼小、柔度大、质量轻的特点,极易在地震激励、风致激励和动载激励等作用下产生大幅振动,影响桥梁结构的安全、使用性能与寿命,因而有必要对拉索的振动采取一定的控制措施。当荷载作用于桥梁结构时,桥面和桥塔会按一定频率振动,而拉索的两端分别与桥面和桥塔相连,因而桥面和桥塔的振动为拉索施加了运动的边界条件,带来一定的基础激励。通过分析基础激励作用下拉索的振动机理可以在实践中避免并减小拉索的大幅振动,防止桥梁结构的破坏。在拉索近锚固端安装阻尼器可以提高拉索系统的等效阻尼比,消耗外界的输入的能量,有效控制拉索的振动。其中,磁流变阻尼器是由智能材料组成的可调参数阻尼器,通过调节外加的直流电压来选取不同的阻尼系数,从而很好地控制桥梁斜拉索的大幅振动,在土木工程中具有广泛的应用前景。本文运用有限元软件ANSYS建立了斜拉桥(深圳湾公路大桥)的力学模型,通过对其进行仿真模拟,得出了斜拉桥在地震、车辆、风等荷载作用下桥面及桥塔上最长拉索锚固点的振动响应,将比较得出的最不利荷载施加于单根斜拉索上,从而更加真实地模拟了斜拉索在基础激励下的振动反应特性,并在此基础上研究了斜拉索的谐波共振和参数共振这两种大幅振动,讨论了各种内部和外部因素对以上两种拉索共振的影响。其中的影响参数包括:位移激励幅值、初始索力、模态阻尼比及拉索倾角。最后,本文通过模拟斜拉索与磁流变阻尼器共同组成的振动控制系统,介绍了磁流变阻尼器的工作原理及力学模型,研究了其对拉索的振动控制机理及特性,进一步探讨了阻尼力大小、阻尼器位置、激振力幅值及初始索力等相关参数对振动控制系统减振效果的影响,通过优化相关参数,可以使磁流变阻尼器达到最优的减振效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题背景  9
  1.2 课题研究目的及意义  9-10
  1.3 国内外的研究现状及分析  10-13
    1.3.1 斜拉索振动研究现状及分析  10-12
    1.3.2 斜拉索振动控制研究现状及分析  12-13
  1.4 本文主要研究内容  13-15
    1.4.1 研究内容  13-14
    1.4.2 研究方案  14-15
第2章斜拉桥仿真模拟及荷载激励下的反应特性  15-25
  2.1 引言  15
  2.2 斜拉桥有限元模型  15-16
  2.3 各种荷载工况下拉索端部位移激振特性  16-23
    2.3.1 工况一：地震激励  16-18
    2.3.2 工况二：风致激励  18-20
    2.3.3 工况三：动载激励  20-21
    2.3.4 工况四：荷载耦合  21-23
  2.4 数值模拟结果  23-24
  2.5 小结  24-25
第3章基础激励下斜拉索振动分析  25-36
  3.1 引言  25
  3.2 拉索振动力学模型及公式  25-28
  3.3 拉索振动仿真模拟  28-30
  3.4 拉索振动影响因素分析  30-34
    3.4.1 位移激励幅值  30-32
    3.4.2 初始索力  32
    3.4.3 模态阻尼比  32-33
    3.4.4 拉索倾角  33-34
  3.5 小结  34-36
第4章斜拉索振动控制  36-54
  4.1 引言  36
  4.2 磁流变阻尼器  36-37
  4.3 斜拉索振动控制系统力学模型  37-39
  4.4 斜拉索振动控制系统有限元模拟  39-42
    4.4.1 振动控制系统谐波共振模拟  40-41
    4.4.2 振动控制系统参数共振模拟  41-42
  4.5 振动控制系统影响因素分析  42-52
    4.5.1 阻尼力大小  42-45
    4.5.2 阻尼器位置  45-48
    4.5.3 激振力幅值  48-50
    4.5.4 初始索力  50-52
  4.6 小结  52-54
结论  54-56
参考文献  56-61
致谢  61

基础激励下桥梁斜拉索振动分析与控制

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