大跨桥梁斜拉索非线性时程振动分析及减振控制

发布时间：2020-04-11 02:40

【摘要】：随着近些年斜拉桥的不断刷新跨径记录,斜拉索的长度也越来越长。由于其低阻尼高柔度的特点,极易发生振动,造成破坏。因此有必要对斜拉索的振动机理和振动控制进行深入研究,为工程实际和科学研究提供一些有价值的参考。本文基于元胞自动机模型(CA)编写了过桥随机车流荷载,基于线性滤波法(AR)编写了具有空间相干性的随机风荷载。以小沙湾黄河特大桥作为工程背景,建立了在随机车流荷载、随机风荷载作用下该桥的Midas Civil模型。得到了全桥斜拉索塔端和梁端的位移时程,并进行频谱分析。研究表明,斜拉索端部位移频率集中在0~1HZ低频区,斜拉索的长索固有频率也集中在该频段,为产生共振条件提供了依据。建立了考虑非线性、刚度、空间三维耦合、各种激励作用等因素的斜拉索三维振动统一方程,提出了斜拉索在端部位移激励下的振动频率是由固有频率及端部位移扰动项组成。然后采用4-5阶龙格库塔数值方法对其进行matlab编程,并对其进行数值分析。研究表明,斜拉索在端部位移理想激励下,能够激起大幅振动;考虑空间耦合效应,斜拉索位移响应规律性的拍频消失,转变为拍频叠合的效果,呈现出不断增大趋势。讨论了端部位移与斜拉索固有频率比值为2:1参数振动,其位移响应表现出了与一阶强迫共振同样的拍频特征。因此,在工程上考虑斜拉索端部位移及其耦合振动是非常必要的。本文又重点研究了在外激励作用下,斜拉索的抑振减振控制。基于加权隐式差分格式编写了求解斜拉索竖向振动响应的matlab程序,并对其正确性和精确性进行了验证。通过该程序,重点研究了斜拉索端部位置安装阻尼器的抑振减振机理,研究表明,斜拉索阻尼器的减振机理并非单纯依靠耗能,而是由于斜拉索阻尼器的安装位置具有约束作用,将斜拉索振动的有效长度减小,从而使固有频率改变,达到减振控制目的。然而在端部位移理想激励下,斜拉索双端安装同一水平阻尼系数阻尼器比单独在梁端安装同一水平阻尼系数的阻尼器减振效果更明显,但参数振动的存在会使安装阻尼器的斜拉索振幅出现逆增大的趋势。
【图文】：

沙湾,特大桥,黄河

燕山大学工学硕士学位论文2.2 基于 Midas Civil 的大跨斜拉桥模型建立2.2.1 大跨斜拉桥简介小沙湾黄河特大桥是连接中国内蒙古自治区呼和浩特市与鄂尔多斯市的一座公路斜拉桥，位于荣乌高速公路十七沟-大饭铺段，见图 2-1。大桥已于 2015 年底完工，一孔横跨黄河，是该高速公路重要的控制性工程。小沙湾黄河特大桥主桥设计为双塔双索面混凝土斜拉桥，桥梁跨径为： 4 30m预制组合箱梁+ 160 440 160m预应力混凝土斜拉桥+ 13 30m预制组合箱梁，桥梁总长 1277m。结构布置采用空间双索面、扇形布置；该桥为双边箱形断面主梁、塔梁分离的半漂浮体系结构。其中索塔采用双柱式变截面“A”形索塔，索塔总高 128.3 0m。其中上塔柱高 72.5 0m，中塔柱高 42. 80m，下塔柱高 13.0 0m。

示意图,三车道,车辆行驶,慢车道

、行车道换道规则：行车道当前车辆前方的空余距离不能满足该车速度 20vttj 时，若 202dtvttjrq 或者 022dtvttrhrh ，且超车道相应位 202tvttjlq ， 0212dtvttlhh ，则行车道上的对应车辆就以相同速转到超车道；否则以23p 转到慢车道。假如，超车道、慢车道同时为 20vttj ， 022dtvttrhrh ， 202dtvttjlq ， 022dtvttlhlh ，则行车就以相同速度，，以概率21p~转到超车道或者以概率23p~转到慢车道上。、慢车道换道规则：慢车道当前车辆前方的空余距离不能满足该车速度 30vttj ，且行车道相应位置为空元胞，且 303dtvttjlq ， 33dtvlhlh 上的对应车辆就以相同速度，以概率32p 转到行车道。置更新规则：一般车辆的位置更新为 0xt1 xtvtjijiji ；换道车 10xt1 xtvtjijiji 表达式中的字母指代含义见图 2-3 所示。 vtirh dtirh dtirq
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.27

【参考文献】