斜拉橋拉索的振動控制研究及仿真分析.pdf

1、斜拉索是斜拉橋的主要的支撐體系，是斜拉橋的重要組成部分。超長的斜拉索極易在風(fēng)、雨、交通等荷載的激勵下產(chǎn)生大幅的振動，嚴(yán)重危害了斜拉橋的安全運營及其使用壽命，并且制約了大跨度斜拉橋的發(fā)展。本文對斜拉橋拉索的振動及控制進行了廣泛的研究，系統(tǒng)深入地分析了斜拉索的主動、被動控制及 MR阻尼器半主動控制的減振控制效果。
　　本文系統(tǒng)的介紹了斜拉橋的發(fā)展歷程及由于斜拉索的大幅振動造成的嚴(yán)重危害，對斜拉索的振動類型、研究現(xiàn)狀及其振動控制措施（空

2、氣動力學(xué)措施、構(gòu)造措施和阻尼器措施）進行了綜述。重點分析了阻尼器措施，并將常用的幾種阻尼器進行了綜合對比。
　　綜合考慮了拉索的垂度、抗彎剛度的影響，推導(dǎo)了拉索-粘彈性阻尼器系統(tǒng)的線性自由振動偏微分方程，并結(jié)合分離變量法和中心差分法得到了廣義特征根方程，推導(dǎo)了振動方程的剛度、質(zhì)量、阻尼矩陣，并通過狀態(tài)空間法對系統(tǒng)的復(fù)特征根值進行了求解，并得出了阻尼器設(shè)計通用曲線及曲線中對應(yīng)的拉索最大阻尼比及最優(yōu)阻尼器系數(shù)。對阻尼器設(shè)計提供了一定的

3、依據(jù)。
　　考慮拉索的垂度、抗彎剛度及幾何非線性，推導(dǎo)了拉索-粘彈性阻尼器系統(tǒng)非線性振動方程及相應(yīng)的質(zhì)量、剛度、阻尼矩陣及非線性力矩陣。然后使用Newmark-β法求解，對拉索-阻尼器系統(tǒng)進行了非線性瞬態(tài)響應(yīng)算例分析。結(jié)合LQR最優(yōu)理論，使用MATLAB的simulink模塊分別建立了拉索在無控、主動及被動控制狀態(tài)下的仿真模型，并進行了時程響應(yīng)分析。通過位移時程曲線直觀、清晰地驗證了拉索在各種荷載狀況下阻尼器的控制效果。