索-梁耦合结构在风雨荷载激励下的振动位移响应研究

发布时间：2020-11-01 08:16

　　 索结构是桥梁工程中应用最广泛的结构形式之一,在风雨荷载下极易发生大幅振动,影响结构安全。但是,分析斜拉索风雨振时,学者们通常仅选取索作为研究对象。考虑到实际工程中,梁、索共同工作,二者之间耦合作用不容忽视。随着斜拉桥跨度的增大,主梁的细柔特性更加明显,索梁的几何非线性和构件模态的相互影响,加剧了索振动的非线性行为,使其特性更加区别于单根拉索,因此索梁耦合结构将作为本文主要研究对象。本文将系统分析在风雨荷载激励下,梁所受外部激励形式、索梁频率比等参数对结构振动的影响,为耦合结构设计和减振提供理论指导。具体研究内容如下:建立静止雨线下索-梁耦合结构的振动控制方程并验证其准确性。利用数值方法,对该结构的非线性动力和物理响应进行分析。具体研究索、梁在不同外部频率激励和结构参数下,斜拉索的振动位移响应,提出有效控制斜拉索振动的方法。根据动力响应计算结果,选取索梁固有频率比为1:2,外部激励与梁形成主共振的工况,定量分析斜拉索和梁的非线性物理响应。讨论外激励与梁频率差异、索梁之间频率差异、外部激励荷载的幅值、风速共四种因素对斜拉索和梁的非线性物理响应的影响,为减小结构振动中的非线性响应提供设计思路。建立运动雨线下索-梁耦合结构的振动控制方程并验证准确性。研究不同共振形式下斜拉索的风雨振。并针对每种共振形式,控制外部激励幅值以得出不同激励下斜拉索的振幅,及振幅随激励的变化规律。在此计算的基础上,选择能够展现出经典风雨振现象的工况。考虑风速脉动成分的影响,提出斜拉索净阻尼计算公式,研究脉动幅值和脉动频率对斜拉索振动的影响。考虑索梁构件之间模态的相互耦合,重新计算分析结构的动力特性。基于耦合结构振动控制方程,引入模态耦合影响分别得到静态和动态雨线情况下斜拉索的振动特性。与实际观测结果进行对比,验证考虑模态耦合的合理性,研究表明模态的耦合加剧了导致结构非线性力学行为的复杂性。通过模态分岔图、庞加莱截面和相轨迹图,对两种情况下斜拉索和主梁的振动行为进行分岔和混沌分析,得出各自的振动特点,提出不同情况下对斜拉索进行减振的主要方案。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U441.3
【部分图文】：

索-梁耦合结构受力模型

22 330 1( )2 6DBBC B B 数据，升力阻力系数拟合为风攻角的函数，如图 2-3 所示开始，升力和阻力系数出现突变。-45 到-12 风攻角区间动。

i）41 m/s j）42 m/s k）43 m/s l）44 m/s图 2-4 各风速下拉索振动位移时程曲线图 2-4 表示索梁耦合结构的振动当中，设定梁的振动为 0 时，斜拉索在各个风速下的振动时程曲线，横纵坐标分别表示无量纲时间及位移。发现风速为 25 m/s时，斜拉索振幅整体趋势是由大减小，不稳定振动阶段经时长较短。而 35 m/s 到
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本文编号：2865265