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原文传递基于多种阻尼器的斜拉索减振理论研究

论文题名：	基于多种阻尼器的斜拉索减振理论研究
关键词：	斜拉桥;斜拉索;减振方法;阻尼器
摘要：	随着材料科学、设计理论和施工技术的发展，斜拉桥的建造越来越多，最大跨径也不断增加。由于斜拉索变得越来越轻柔，其自身的阻尼比也随之降低，导致斜拉索在车辆荷载、风和风雨振等外部激励作用下产生很大的振动。目前，世界上很多斜拉桥的斜拉索由于其大幅度的振动，导致拉索的寿命降低不得不对其进行频繁更换，对正常的交通运营造成影响。因此，很多学者和工程师在进行新建桥梁设计及既有桥梁性能评估时，越来越关注于斜拉索的振动控制研究。对于斜拉索的振动控制问题，通常的做法是在锚碇附近附加如粘性阻尼器、高阻尼橡胶减振器、摩擦型阻尼器、磁流变阻尼器等来改善拉索的振动。虽然目前这个领域已有较多研究，但还有很多问题需要进一步完善，本文主要开展以下几个方面的工作: 　　首先，开展了基于高阻尼橡胶(HDR)耗能的拉索减振装置的应用研究: 　　1)附加单个HDR阻尼的拉索振动特性研究。高阻尼橡胶材料具有较强的能量耗散能力，被广泛用于桥梁和建筑的抗震和振动控制中。HDR阻尼器具有紧凑的尺寸，更好的外观、易于养护、温度稳定和低成本等优点，对斜拉索的减振具有很好的适用性和应用价值，然而，相关的理论研究还较为缺乏。因此，本论文基于复特征值理论研究了附加单个HDR阻尼的拉索的振动特性，并针对影响拉索动力特征的参数进行了分析和讨论。　　2)提出采用两个HDR阻尼器来改进控制系统的有效性与鲁棒性。将斜拉索模拟为一个紧绷的弦，将HDR阻尼器模拟为复阻抗来研究斜拉索-阻尼体系的振动和阻尼比，解决了两个HDR阻尼器的附加位置问题并对结果进行了讨论。在两个阻尼器都安装在靠近锚定位置时，提出了求解一阶模态阻尼比的近似公式，并将其与准确值进行了对比并通过一个实例分析对该方法进行了验证。研究结果发现当两个HDR阻尼安装较近且都位于拉索的同一端的时候，所构成系统的阻尼比将减小;当阻尼器位于拉索的不同端时，能够有效的增加阻尼比并起到很好的振动控制效果。　　3)新型调谐质量-高阻尼橡胶(TM-HDR)阻尼器的提出及参数分析研究。研究已经证明传统的机械阻尼器在减小拉索振动方面是有效的，然而，由于它们经常被安装在锚碇附近，因此并不是最有效的方法。不同于传统阻尼器，调谐质量阻尼器能够被安装在拉索的各个部位而被用于解决传统机械阻尼的缺陷。鉴于此，本论文提出了一类新的阻尼器，调谐质量-高阻尼橡胶阻尼器(TM-HDR)，来增加拉索的阻尼比。采用复特征值问题的解析公式对拉索-阻尼器体系的振动参数进行了分析，并通过对一个设计实例的数值参数研究证明了该阻尼器的有效性，并给出了TM-HDR阻尼器最优参数的选取方法。　　其次，本论文开展了基于粘滞耗能的拉索减振装置的相关研究: 　　4)基于复特征值精确解的粘性阻尼器最优参数设计研究。粘性阻尼器一般用于中等长度的斜拉桥的拉索减振中，然而，最优的粘性阻尼只能通过振动模态来进行选择。为了对斜拉索-粘性阻尼器体系的动力特性有更深入的了解，本论文采用复特征值的精确值分析了该系统的振动参数，从而可以确定粘性阻尼器的最优参数进而减小拉索的振动。　　5)基于粘性质量阻尼器的拉索减振控制研究。粘性质量阻尼器由粘性阻尼和惯性质量块并联组成，本文采用复特征值问题的解析公式研究了附加粘性质量阻尼器的拉索振动，并将其与传统粘性阻尼器进行了对比。在确定复特征值的精确值的过程中对影响粘性质量阻尼器振动特征的参数进行了细致的分析，给出了计算附加了粘性质量阻尼器的拉索阻尼比的近似公式，通过与解析解的对比验证了其精确性。进一步分析了弹性支承对粘性质量阻尼有效性的影响，并且通过一个设计实例对该分析方法进行了验证。　　6)基于TMD-VD组合控制系统的斜拉索减振控制研究。提出了一种结合了粘性阻尼和调谐质量阻尼的阻尼系统来解决单一阻尼器所面临的缺陷。　　本文的研究对斜拉索和阻尼器（系统）的动力性能进行了深入的分析和讨论，能够为斜拉索减振控制最优控制装置的选择及评估提供支持。同时，本文的研究为拉索的减振控制设计及研究提供指导和建议。
作者：	瞿越兴(CU VIET HUNG)
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	韩冰
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文