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基于TMD的大跨度悬索桥时域抖振控制研究
| 论文题名： | 基于TMD的大跨度悬索桥时域抖振控制研究 |
| 关键词： | 大跨度悬索桥;风致抖振控制;线性减振;时域分析;调谐质量阻尼器 |
| 摘要： | 随着现代交通工程对跨线结构设计要求的不断提高，新建桥梁逐渐向大跨、纤细、轻柔的特点发展，作为跨越能力相对较强的悬索桥体系，自然风下主梁的抖振问题随之凸显，结构在长周期下的疲劳振动将大大缩短其正常服役年限。因此，对大跨度悬索桥风致抖振控制措施进行系统研究显得十分必要。 当前针对结构制振问题的研究已存在多种控制方法，而调谐质量阻尼器(TunedMass Damper，简称TMD)是运用于桥梁上最为广泛的机械减振被动控制手段之一。本文以国内某大跨度悬索桥为工程背景，采用数值模拟的方式研究了该桥在脉动风下的主梁横向及竖向时域抖振响应，结合TMD减振原理后，对主梁节点的振动位移及加速度等关键指标进行了控制。通过研究工作主要得出以下结论: 1、采用乔列斯基分解法获得自然风的随机样本，通过ANSYS二次开发语言(APDL)实现了脉动风荷载（抖振力）向桥梁结构的输入及求解。对比结构自振特性及时域抖振模拟结果后发现，主梁的随机振动形态以基阶横弯及竖弯模态占主导，针对本桥的TMD参数设计应基于最大频响值下的发振频率。 2、采用ANSYS自带单元联合模拟了线性减振TMD装置，结合被控结构在时域下的抖振均方根分布（RMS）及频域下的幅值谱响应，对STMD(Single Tuned MassDampers)的设计参数进行了初步确定，采用正交试验方法对各参数的敏感性进行了分析，研究表明，STMD减振效果不随质量及刚度的改变单调变化，阻尼系数的增大有利于结构减振性能的提高。 3、由于本桥固有频率较低，在进行TMD控制时提取了TMD节点及对应主梁节点的相对位移时程，结合弹簧减振原理后发现本桥TMD存在过大初始静位移且与自身质量无关，本文借鉴实际工程下减振弹簧的预压技术解决了数值模拟中竖弯振动在控制初期振幅过大的问题。 4、调整STMD的频率参数对桥梁进行了前两阶模态的调谐控制，研究发现竖向振动控制在同时考虑前两阶模态振型的参与时较横向制振效果更为明显。因此，实际工程应用中STMD的设计应基于被控结构的激振频率及对应频响程度来进行参数的确立。 5、采用MTMD(Multiple Tuned Mass Dampers)对本桥进行了减振控制模拟，通过对减振装置自身参数及主梁结构固有频率的偏移调整发现，作者针对本桥提出的MTMD参数取值具有一定程度的结构老化适应性，其设计频带宽可适用于该桥的长周期服役。 |
| 作者： | 郑宇欣 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李永乐 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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