超长斜拉索参数振动控制系统动力特性与设计方法研究
发布时间：2021-12-24 15:40
斜拉索是一种低阻尼、低质量、抗弯刚度及抗压刚度很小的柔性构件,超大跨度斜拉桥拉索的刚度及自振频率降低,发生参数振动的模态频率范围变宽,从而在外激励作用下极易发生大幅参数共振。拉索自身的低阻尼特性无法有效抑制大幅值参数共振响应,需要采取附加的振动控制措施进行抑振,近年来许多学者从理论与试验研究、数值模拟、工程应用等角度证实了振动控制方法可有效降低大跨斜拉索非线性参数振动响应。因此对超长斜拉索参数振动动力特性、参数影响规律、稳定性等进行准确分析,研究其减振控制方法,采取合理的减振控制措施,已成为桥梁工程、非线性动力学和振动控制领域研究人员关注的热点问题。本文以超长斜拉索非线性参数振动及其控制系统为研究对象,分析了轴向理想位移激励及考虑斜拉索-桥面耦合影响下的斜拉索参数振动及其被动控制系统的振动特性和稳定性,以及其参数影响规律和设计方法等问题,主要研究内容包含以下几点:（1）建立重力弦向分力影响的考虑前两阶模态斜拉索参数振动微分方程,探究重力弦向分力对于大跨斜拉索参数振动的影响,以及考虑前两阶模态的斜拉索参数振动特性。运用多尺度法对考虑重力弦向分力影响和前两阶模态的斜拉索参数振动系统进行理论...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
端部理想余弦激励作用下斜拉索参数振动模型
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-29-第3章端部轴向位移激励下斜拉索面内参数振动的被动控制3.1引言斜拉索发生参数共振时，微小的桥面位移即可引发拉索的大幅振动响应，而斜拉索自身阻尼比较小，不能有效地抑制大幅参数共振响应，需要采取附加的振动控制措施。目前的工程实际运用中，黏滞阻尼器使用广泛且效果显著，世界各国的诸多桥梁都安装了粘弹性阻尼器，使斜拉索的振动得到了有效控制。本章将利用Galerkin离散方法解耦得到斜拉索参数振动被动控制系统的一阶模态运动方程，以无量纲方法对系统参数共振的稳定性曲线进行初步分析，探究附加阻尼比大小对稳定区域的影响；基于前人研究，以沪通铁路长江大桥最长索S36、中长索S19、最短索S1为例，推导得出其最优附加阻尼系数并对结果正确性加以验证；利用四阶龙格-库塔法数值分析得到轴向余弦位移激励的频率及幅值、拉索自身阻尼比等因素对于被动控制系统的动力特性影响规律，判断优化附加阻尼的控制效果，进而通过多尺度法研究受控斜拉索主共振、主参数共振的发生条件、稳定性判断、不稳定区域分析等。3.2斜拉索面内参数振动被动控制系统理论模型3.2.1面内振动微分方程图3-1端部激励下斜拉索参数振动被动控制系统模型由2.3节可知，当端部激励较小时，第二阶模态振动对于轴向理想激励下斜拉
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-34-两种情况下拉索的模态阻尼比均为0，在这两个极限状态之间存在某个中间状态可使附加阻尼系数为最优阻尼系数Copt，系统获得最优的模态阻尼比。图3-3水平拉索-阻尼器系统图其中Cd为阻尼器阻尼系数，dx为阻尼器安装位置与较近锚固端的距离，L为拉索长度，设β为放大系数，阻尼系数0dC时设拉索参数振动被动控制系统的共振频率为ω，当阻尼系数dC时系统的共振频率变成/(1d)xL，设拉索的第一阶模态频率为1，则两种情况对应的放大系数分别为22011/(1/)C、22211/(1()(1))dCxL，当附加阻尼系数为最优值时应满足0CC，即22222111/(1)1/(1()(1))dxL，由于实际工程中阻尼器安装位置距离锚固端较近，一般不大于斜拉索总长的5%，故可将上述式子近似解为1(1)2dxL，进一步推导得到阻尼系数最优值Copt对应的放大系数、优化模态阻尼比、优化阻尼系数分别为1/(d)optxL、122doptoptxL、,1/(2())ddoptxCmLL。Pacheco[27]同样未考虑拉索的垂度、倾角、弯曲刚度和非线性等因素，在上述理论基础上分析得到多阶模态下的阻尼器优化设计公式，并给出了拉索-被动阻尼器系统的优化设计曲线如下图3-4。
【参考文献】：
期刊论文
[1]索-梁耦合振动下的拉索复合减振方法研究[J]. 梁栋,狄方殿,陈红霞,段文博,李紫硕. 振动与冲击. 2018(05)
[2]计入重力弦向分量影响的斜拉索非线性自由振动分析[J]. 袁从森,沈锐利,周凌远,李伟东,官快. 振动与冲击. 2015(12)
[3]索梁耦合振动对拉索阻尼器的影响机理[J]. 梁栋,陈培,李岩峰. 振动.测试与诊断. 2014(01)
[4]斜拉索杠杆质量减振器的减振分析[J]. 汪正兴,任文敏,陈开利. 工程力学. 2007(11)
[5]黏滞阻尼器对拉索参数振动的控制分析[J]. 陈文礼,李惠. 地震工程与工程振动. 2007(02)
[6]斜拉桥拉索磁流变阻尼器减振技术的参数优化研究[J]. 胡建华,王修勇,陈政清,倪一清. 土木工程学报. 2006(03)
[7]斜拉桥拉索静力构形分析[J]. 任淑琰,顾明. 同济大学学报(自然科学版). 2005(05)
[8]斜拉桥拉索-阻尼器系统非线性响应分析[J]. 陈水生,野田尚昭,张凌. 计算力学学报. 2004(03)
[9]磁流变阻尼器对斜拉索振动控制研究[J]. 王修勇,陈政清,高赞明,倪一清. 工程力学. 2002(06)
[10]斜拉索的参数振动[J]. 汪至刚,孙炳楠. 土木工程学报. 2002(05)
博士论文
[1]被动负刚度阻尼器及其斜拉索振动控制性能研究[D]. 周鹏.哈尔滨工业大学 2017
[2]斜拉桥拉索参数振动的半主动控制及MR阻尼器优化布置研究[D]. 张挣鑫.中南大学 2013
[3]斜拉桥拉索参数振动研究[D]. 任淑琰.同济大学 2007
[4]大跨度斜拉桥拉索的振动及被动、半主动控制[D]. 陈水生.浙江大学 2002
硕士论文
[1]超大跨度桥梁斜拉索参数振动特性及其稳定性分析[D]. 郑良富.哈尔滨工业大学 2018
[2]斜拉索面内参数振动数值分析及其控制[D]. 李为洲.湖南大学 2013
[3]考虑桥面运动影响的斜拉索减振研究[D]. 彭化义.哈尔滨工业大学 2011
[4]大跨斜拉桥拉索的参数振动及其控制[D]. 陈丕华.湖南大学 2009
[5]斜拉桥拉索参数振动的理论与数值分析[D]. 王涛.西南交通大学 2009
[6]斜拉索的参数振动与相互作用研究[D]. 王涛.湖南大学 2009
[7]斜拉索非线性参数振动与振动控制[D]. 郭翠翠.华中科技大学 2008
[8]斜拉桥拉索参数振动及斜拉桥动力分析[D]. 王福俊.西南交通大学 2007
本文编号：3550755
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
端部理想余弦激励作用下斜拉索参数振动模型
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-29-第3章端部轴向位移激励下斜拉索面内参数振动的被动控制3.1引言斜拉索发生参数共振时，微小的桥面位移即可引发拉索的大幅振动响应，而斜拉索自身阻尼比较小，不能有效地抑制大幅参数共振响应，需要采取附加的振动控制措施。目前的工程实际运用中，黏滞阻尼器使用广泛且效果显著，世界各国的诸多桥梁都安装了粘弹性阻尼器，使斜拉索的振动得到了有效控制。本章将利用Galerkin离散方法解耦得到斜拉索参数振动被动控制系统的一阶模态运动方程，以无量纲方法对系统参数共振的稳定性曲线进行初步分析，探究附加阻尼比大小对稳定区域的影响；基于前人研究，以沪通铁路长江大桥最长索S36、中长索S19、最短索S1为例，推导得出其最优附加阻尼系数并对结果正确性加以验证；利用四阶龙格-库塔法数值分析得到轴向余弦位移激励的频率及幅值、拉索自身阻尼比等因素对于被动控制系统的动力特性影响规律，判断优化附加阻尼的控制效果，进而通过多尺度法研究受控斜拉索主共振、主参数共振的发生条件、稳定性判断、不稳定区域分析等。3.2斜拉索面内参数振动被动控制系统理论模型3.2.1面内振动微分方程图3-1端部激励下斜拉索参数振动被动控制系统模型由2.3节可知，当端部激励较小时，第二阶模态振动对于轴向理想激励下斜拉
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-34-两种情况下拉索的模态阻尼比均为0，在这两个极限状态之间存在某个中间状态可使附加阻尼系数为最优阻尼系数Copt，系统获得最优的模态阻尼比。图3-3水平拉索-阻尼器系统图其中Cd为阻尼器阻尼系数，dx为阻尼器安装位置与较近锚固端的距离，L为拉索长度，设β为放大系数，阻尼系数0dC时设拉索参数振动被动控制系统的共振频率为ω，当阻尼系数dC时系统的共振频率变成/(1d)xL，设拉索的第一阶模态频率为1，则两种情况对应的放大系数分别为22011/(1/)C、22211/(1()(1))dCxL，当附加阻尼系数为最优值时应满足0CC，即22222111/(1)1/(1()(1))dxL，由于实际工程中阻尼器安装位置距离锚固端较近，一般不大于斜拉索总长的5%，故可将上述式子近似解为1(1)2dxL，进一步推导得到阻尼系数最优值Copt对应的放大系数、优化模态阻尼比、优化阻尼系数分别为1/(d)optxL、122doptoptxL、,1/(2())ddoptxCmLL。Pacheco[27]同样未考虑拉索的垂度、倾角、弯曲刚度和非线性等因素，在上述理论基础上分析得到多阶模态下的阻尼器优化设计公式，并给出了拉索-被动阻尼器系统的优化设计曲线如下图3-4。
【参考文献】：
期刊论文
[1]索-梁耦合振动下的拉索复合减振方法研究[J]. 梁栋,狄方殿,陈红霞,段文博,李紫硕. 振动与冲击. 2018(05)
[2]计入重力弦向分量影响的斜拉索非线性自由振动分析[J]. 袁从森,沈锐利,周凌远,李伟东,官快. 振动与冲击. 2015(12)
[3]索梁耦合振动对拉索阻尼器的影响机理[J]. 梁栋,陈培,李岩峰. 振动.测试与诊断. 2014(01)
[4]斜拉索杠杆质量减振器的减振分析[J]. 汪正兴,任文敏,陈开利. 工程力学. 2007(11)
[5]黏滞阻尼器对拉索参数振动的控制分析[J]. 陈文礼,李惠. 地震工程与工程振动. 2007(02)
[6]斜拉桥拉索磁流变阻尼器减振技术的参数优化研究[J]. 胡建华,王修勇,陈政清,倪一清. 土木工程学报. 2006(03)
[7]斜拉桥拉索静力构形分析[J]. 任淑琰,顾明. 同济大学学报(自然科学版). 2005(05)
[8]斜拉桥拉索-阻尼器系统非线性响应分析[J]. 陈水生,野田尚昭,张凌. 计算力学学报. 2004(03)
[9]磁流变阻尼器对斜拉索振动控制研究[J]. 王修勇,陈政清,高赞明,倪一清. 工程力学. 2002(06)
[10]斜拉索的参数振动[J]. 汪至刚,孙炳楠. 土木工程学报. 2002(05)
博士论文
[1]被动负刚度阻尼器及其斜拉索振动控制性能研究[D]. 周鹏.哈尔滨工业大学 2017
[2]斜拉桥拉索参数振动的半主动控制及MR阻尼器优化布置研究[D]. 张挣鑫.中南大学 2013
[3]斜拉桥拉索参数振动研究[D]. 任淑琰.同济大学 2007
[4]大跨度斜拉桥拉索的振动及被动、半主动控制[D]. 陈水生.浙江大学 2002
硕士论文
[1]超大跨度桥梁斜拉索参数振动特性及其稳定性分析[D]. 郑良富.哈尔滨工业大学 2018
[2]斜拉索面内参数振动数值分析及其控制[D]. 李为洲.湖南大学 2013
[3]考虑桥面运动影响的斜拉索减振研究[D]. 彭化义.哈尔滨工业大学 2011
[4]大跨斜拉桥拉索的参数振动及其控制[D]. 陈丕华.湖南大学 2009
[5]斜拉桥拉索参数振动的理论与数值分析[D]. 王涛.西南交通大学 2009
[6]斜拉索的参数振动与相互作用研究[D]. 王涛.湖南大学 2009
[7]斜拉索非线性参数振动与振动控制[D]. 郭翠翠.华中科技大学 2008
[8]斜拉桥拉索参数振动及斜拉桥动力分析[D]. 王福俊.西南交通大学 2007
本文编号：3550755
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