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斜拉桥拉索的振动控制研究及仿真分析
| 论文题名： | 斜拉桥拉索的振动控制研究及仿真分析 |
| 关键词： | 斜拉桥;斜拉索;振动控制;磁流变阻尼器;状态空间法 |
| 摘要： | 斜拉索是斜拉桥的主要的支撑体系，是斜拉桥的重要组成部分。超长的斜拉索极易在风、雨、交通等荷载的激励下产生大幅的振动，严重危害了斜拉桥的安全运营及其使用寿命，并且制约了大跨度斜拉桥的发展。本文对斜拉桥拉索的振动及控制进行了广泛的研究，系统深入地分析了斜拉索的主动、被动控制及 MR阻尼器半主动控制的减振控制效果。 本文系统的介绍了斜拉桥的发展历程及由于斜拉索的大幅振动造成的严重危害，对斜拉索的振动类型、研究现状及其振动控制措施（空气动力学措施、构造措施和阻尼器措施）进行了综述。重点分析了阻尼器措施，并将常用的几种阻尼器进行了综合对比。 综合考虑了拉索的垂度、抗弯刚度的影响，推导了拉索-粘弹性阻尼器系统的线性自由振动偏微分方程，并结合分离变量法和中心差分法得到了广义特征根方程，推导了振动方程的刚度、质量、阻尼矩阵，并通过状态空间法对系统的复特征根值进行了求解，并得出了阻尼器设计通用曲线及曲线中对应的拉索最大阻尼比及最优阻尼器系数。对阻尼器设计提供了一定的依据。 考虑拉索的垂度、抗弯刚度及几何非线性，推导了拉索-粘弹性阻尼器系统非线性振动方程及相应的质量、刚度、阻尼矩阵及非线性力矩阵。然后使用Newmark-β法求解，对拉索-阻尼器系统进行了非线性瞬态响应算例分析。结合LQR最优理论，使用MATLAB的simulink模块分别建立了拉索在无控、主动及被动控制状态下的仿真模型，并进行了时程响应分析。通过位移时程曲线直观、清晰地验证了拉索在各种荷载状况下阻尼器的控制效果。 本文提出了基于速度与位移方向的半主动控制算法，用拉索振动方程的差分离散模型对斜拉索与MR阻尼器组成的系统进行面内振动响应的分析。MR阻尼器力学关系选用Spencer现象模型，以斜拉索的位移时程响应的作为减振效果的评价指标。分析了拉索在MR阻尼器半主动及被动状态下的位移时程响应，并建立了对应于MATLAB程序的SIMULINK仿真模型。 |
| 作者： | 刘宝龙 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 陈水生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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