大跨度悬索桥加劲梁纵向运动特性及其电涡流阻尼控制研究
发布时间：2021-01-16 01:22
大跨度悬索桥在交通荷载和环境激励下,加劲梁产生持续不断的纵向往复运动,这类振动会导致悬索桥上的连接构件如伸缩缝等出现疲劳破坏。抑制这类振动一般是在梁端安装阻尼装置,这类装置不仅能够减少运营状态下的梁端位移,还能减弱地震作用下的梁端位移响应。本文提出采用耐久性能良好的新型电涡流阻尼器（ECD）进行梁端位移控制并对其减振效果进行了评估。首先对某大跨度悬索桥的实测纵向位移数据进行时域和频域分析,通过简化建立了悬索桥纵向振动的单自由度模型（SDOF）,并反演了运营状态下的等效外力时程。然后对悬索桥简化SDOF模型在运营状态等效外力时程作用下和地震激励下的响应进行了计算,并评估了ECD在运营低速状态下线性阻尼和地震高速状态下非线性阻尼的减振（震）控制效果,提出了平衡两种状态控制目标的阻尼器参数合理取值范围,为ECD在悬索桥加劲梁纵向位移控制领域的应用提供了一定的理论依据。
【文章来源】：地震工程与工程振动. 2020,40(04)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
实测悬索桥梁端纵向运动曲线
进一步,对实测位移时程和分解后的位移时程进行频谱分析,得到的结果如图2所示。剔除温度影响后的纵向位移时程曲线,即EMD分解出来的IMF1-9之和的频谱图和实测位移时程曲线图较为类似,这说明由温度变化引起的位移只会影响位移时程的总体趋势,而不会改变一天内位移时程的频谱特征。同时分别对IMF1与IMF2-9之和进行频谱分析,我们发现IMF1的高频成分较多,而IMF2-9之和基本为超低频成分。这表明,悬索桥纵向运动位移时程曲线(IMF1-9之和)可以大致分成两个部分:一部分是IMF1对应的相对高频的纵向振动成分,其卓越频率为0.104 Hz(周期为9.6 s),与该悬索桥有限元分析的纵飘模态对应,是由风荷载和车辆动态激励引起的主要由加劲梁纵飘模态参与的共振响应,此类振动可从图1(d),即1min的运动时程曲线上观察到;另一个部分是由IMF2-9所对应的相对低频的纵向往复运动成分,其卓越频率为0.006 2 Hz(周期为161.3 s),是由车辆荷载引起的拟静态位移,此类运动可从图1(c),即加劲梁纵向运动1 h 时程曲线上观察到较为长周期的大波波形。前者是由外部激励引起的结构共振响应,可以通过增设阻尼装置加以抑制;后者是由于车辆荷载的不对称分布,引起悬索桥主缆和加劲梁的大位移变形造成的梁端拟静态位移,单靠阻尼装置较难抑制,需要辅助其他措施才能达到较好的效果。限于篇幅,本文仅讨论对加劲梁第一类位移成分(即IMF1)的振动控制,关于由车辆荷载不对称分布引起的拟静态位移控制,将在后续的研究中加以探讨。2 悬索桥SDOF简化模型
由外部动态激励引起的漂浮体系桥梁加劲梁的纵向运动可以简化为SDOF体系来进行分析。从上一节中,我们也可以看出,由外部动态激励引起的主梁纵向振动主要由悬索桥的纵飘模态参与,其他模态参与甚少,为了简化计算,将悬索桥简化为纵飘模态是合适的。SDOF体系的质量主要是来自于加劲梁,而SDOF体系的自振频率通过上节中由环境因素激起的纵向运动的卓越频率(纵飘模态)确定。而体系的刚度可以通过质量和自振频率求得。简化的模型如图3所示,其中集中质量取悬索桥加劲梁的总重m为24 930 t,体系的自振频率f取0.104 Hz。SDOF体系的圆频率和刚度分别为ωn=2πf=0.65 rad/s, k=mω n 2 =10 533 kN/m。该悬索桥的加劲梁为钢箱梁,根据规范[21]取SDOF体系的结构阻尼比为0.3%,则阻尼系数为c=2mωnξ=97.23kN·s/m。采用五点微分法[22],对上节提取出来的由风和车辆动态激励而产生的纵向位移响应IMF1进行微分,可以得到相应的速度和加速度响应。结合SDOF体系的动力学方程式(1)进行动力反演,可以得到SDOF的等效外力时程曲线,如图4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性电涡流惯质阻尼器力学性能仿真与试验[J]. 汪志昊,田文文,王浩,郜辉,梁瑞军,陈政清. 哈尔滨工业大学学报. 2019(06)
[2]应用新型油阻尼器的斜拉桥横向减震体系[J]. 牛建涛,丁阳,石运东. 地震工程与工程振动. 2019(02)
[3]车辆激励下中央扣对悬索桥梁端位移的影响[J]. 王连华,孙璋鸿,崔剑锋,黄国平,胡思聪. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(03)
[4]多塔斜拉桥风致抖振响应的粘滞阻尼器控制研究[J]. 丁幼亮,耿方方,葛文浩,宋建永,李万恒,王玉倩. 工程力学. 2015(04)
[5]苏通大桥斜拉桥伸缩缝位移的长期监测与分析[J]. 丁幼亮,周凯,王高新,王晓晶,张宇峰. 公路交通科技. 2014(07)
[6]五点数值微分公式及其外推算法[J]. 夏爱生,夏军剑,张会鹏. 军事交通学院学报. 2014(04)
[7]大跨悬索桥伸缩缝状态分析与处理措施[J]. 张宇峰,陈雄飞,张立涛,孙震. 桥梁建设. 2013(05)
[8]超大跨悬索桥地震响应的综合最优控制研究[J]. 王浩,李爱群,郭彤. 湖南大学学报(自然科学版). 2006(03)
[9]HHT方法在结构模态参数识别中的应用[J]. 陈隽,徐幼麟. 振动工程学报. 2003(03)
本文编号：2979874
【文章来源】：地震工程与工程振动. 2020,40(04)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
实测悬索桥梁端纵向运动曲线
进一步,对实测位移时程和分解后的位移时程进行频谱分析,得到的结果如图2所示。剔除温度影响后的纵向位移时程曲线,即EMD分解出来的IMF1-9之和的频谱图和实测位移时程曲线图较为类似,这说明由温度变化引起的位移只会影响位移时程的总体趋势,而不会改变一天内位移时程的频谱特征。同时分别对IMF1与IMF2-9之和进行频谱分析,我们发现IMF1的高频成分较多,而IMF2-9之和基本为超低频成分。这表明,悬索桥纵向运动位移时程曲线(IMF1-9之和)可以大致分成两个部分:一部分是IMF1对应的相对高频的纵向振动成分,其卓越频率为0.104 Hz(周期为9.6 s),与该悬索桥有限元分析的纵飘模态对应,是由风荷载和车辆动态激励引起的主要由加劲梁纵飘模态参与的共振响应,此类振动可从图1(d),即1min的运动时程曲线上观察到;另一个部分是由IMF2-9所对应的相对低频的纵向往复运动成分,其卓越频率为0.006 2 Hz(周期为161.3 s),是由车辆荷载引起的拟静态位移,此类运动可从图1(c),即加劲梁纵向运动1 h 时程曲线上观察到较为长周期的大波波形。前者是由外部激励引起的结构共振响应,可以通过增设阻尼装置加以抑制;后者是由于车辆荷载的不对称分布,引起悬索桥主缆和加劲梁的大位移变形造成的梁端拟静态位移,单靠阻尼装置较难抑制,需要辅助其他措施才能达到较好的效果。限于篇幅,本文仅讨论对加劲梁第一类位移成分(即IMF1)的振动控制,关于由车辆荷载不对称分布引起的拟静态位移控制,将在后续的研究中加以探讨。2 悬索桥SDOF简化模型
由外部动态激励引起的漂浮体系桥梁加劲梁的纵向运动可以简化为SDOF体系来进行分析。从上一节中,我们也可以看出,由外部动态激励引起的主梁纵向振动主要由悬索桥的纵飘模态参与,其他模态参与甚少,为了简化计算,将悬索桥简化为纵飘模态是合适的。SDOF体系的质量主要是来自于加劲梁,而SDOF体系的自振频率通过上节中由环境因素激起的纵向运动的卓越频率(纵飘模态)确定。而体系的刚度可以通过质量和自振频率求得。简化的模型如图3所示,其中集中质量取悬索桥加劲梁的总重m为24 930 t,体系的自振频率f取0.104 Hz。SDOF体系的圆频率和刚度分别为ωn=2πf=0.65 rad/s, k=mω n 2 =10 533 kN/m。该悬索桥的加劲梁为钢箱梁,根据规范[21]取SDOF体系的结构阻尼比为0.3%,则阻尼系数为c=2mωnξ=97.23kN·s/m。采用五点微分法[22],对上节提取出来的由风和车辆动态激励而产生的纵向位移响应IMF1进行微分,可以得到相应的速度和加速度响应。结合SDOF体系的动力学方程式(1)进行动力反演,可以得到SDOF的等效外力时程曲线,如图4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性电涡流惯质阻尼器力学性能仿真与试验[J]. 汪志昊,田文文,王浩,郜辉,梁瑞军,陈政清. 哈尔滨工业大学学报. 2019(06)
[2]应用新型油阻尼器的斜拉桥横向减震体系[J]. 牛建涛,丁阳,石运东. 地震工程与工程振动. 2019(02)
[3]车辆激励下中央扣对悬索桥梁端位移的影响[J]. 王连华,孙璋鸿,崔剑锋,黄国平,胡思聪. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(03)
[4]多塔斜拉桥风致抖振响应的粘滞阻尼器控制研究[J]. 丁幼亮,耿方方,葛文浩,宋建永,李万恒,王玉倩. 工程力学. 2015(04)
[5]苏通大桥斜拉桥伸缩缝位移的长期监测与分析[J]. 丁幼亮,周凯,王高新,王晓晶,张宇峰. 公路交通科技. 2014(07)
[6]五点数值微分公式及其外推算法[J]. 夏爱生,夏军剑,张会鹏. 军事交通学院学报. 2014(04)
[7]大跨悬索桥伸缩缝状态分析与处理措施[J]. 张宇峰,陈雄飞,张立涛,孙震. 桥梁建设. 2013(05)
[8]超大跨悬索桥地震响应的综合最优控制研究[J]. 王浩,李爱群,郭彤. 湖南大学学报(自然科学版). 2006(03)
[9]HHT方法在结构模态参数识别中的应用[J]. 陈隽,徐幼麟. 振动工程学报. 2003(03)
本文编号：2979874
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