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原文传递漂浮式悬索桥加劲梁—阻尼器系统动力特性与阻尼系数优化

论文题名：	漂浮式悬索桥加劲梁—阻尼器系统动力特性与阻尼系数优化
关键词：	悬索桥;加劲梁;粘滞阻尼器;动力特性;阻尼系数;涡激振动
摘要：	本文所提的漂浮式悬索桥是指在桥塔与加劲梁连接处不设竖向支座的两跨或多跨悬索桥体系，这一体系的突出优点是可以有效地降低桥塔截面处的负弯矩。我国西堠门大桥、丹麦大带东桥、土耳其伊兹米特海湾大桥以及正在建设的土耳其1915恰纳卡莱桥都采用了这种漂浮式加劲梁悬索桥体系。　　对于漂浮式加劲梁悬索桥体系，加劲梁发生竖向或扭转振动时，塔梁连接处加劲梁通常会有较大的竖向或者扭转位移，因此设置竖向阻尼器有望抑制多阶模态的涡激共振，提高颤振临界风速。悬索桥附加纵向阻尼器减少车辆或地震作用下的纵向位移已有诸多研究，但加劲梁附加竖向阻尼器相关研究尚欠缺。为此，本文以既有拉索—阻尼器动力特性研究为依据，首先研究了梁—线性粘滞阻尼器耦合系统的动力特性及阻尼器参数优化问题，在此基础上分析了漂浮式悬索桥加劲梁附加竖向线性粘滞阻尼器的阻尼器参数优化，最后开展了加劲梁附加粘滞阻尼器后的阻尼参数识别研究，为悬索桥加劲梁抑制竖向涡振及评估阻尼器的实际减振效果奠定了基础，研究成果也可用于拱桥吊杆的阻尼器减振。　　以下为本文主要内容：　　（1）阐述了悬索桥的发展及其优良力学性能；提出了漂浮式悬索桥涡激振动问题和本文对策；综述了粘滞阻尼器参数优化在桥梁工程中的研究进展与应用实例；总结了悬索桥动力激振和阻尼识别方法；最后阐述了本文的主要研究内容和技术路线。　　（2）回顾总结了拉索—粘滞阻尼器耦合振动的理论成果，将其推广到欧拉—伯努利梁模型。以复模态等方法推导了梁—粘滞阻尼器耦合振动方程，得到了耦合系统频率和阻尼比的解析解与渐近解，其中渐近解仅适用于粘滞阻尼器位于梁端附近位置。在此基础上，得到了梁端附近位置安装阻尼器时梁—阻尼器系统的最大阻尼比及对应的最优阻尼器参数。　　（3）建立了拉索、简支梁、两端固支梁和西堠门悬索桥的有限元模型进行复模态分析，得到线性粘滞阻尼器对各阶模态控制的最优参数，并与推导的理论解进行对比，验证了理论结果的正确性。结果表明，各模型粘滞阻尼器最优阻尼系数均与桥梁参数、阻尼器位置、竖弯模态阶次有关，最优模态阻尼比与位置有关。　　（4）为获得实际漂浮式悬索桥加劲梁设置竖向阻尼器后的减振效果，本文研究了一种新型的悬索桥动力激振技术与阻尼比识别方法。本文采用按模态周期进行多次连续跳车的动力激振方法，对多次周期性冲击荷载作用下的动力响应及加劲梁—粘滞阻尼器系统的阻尼比识别问题进行了仿真研究。考虑到车桥耦合振动效应会对桥梁系统的阻尼比产生影响，本文建立了车桥耦合振动模型，首先研究了移动激振车辆改变自身参数对车桥耦合系统模态参数的影响，得到了激振车辆参数的选取原则。然后，通过连续激振后得到的自由衰减曲线识别模态阻尼比。分析结果表明，基于按模态周期多次连续跳车的方法，可以有效地对大桥进行激振，连续跳车方法识别阻尼比与理论基本一致。因此，本文提出的采用按模态周期进行多次连续跳车的动力激振方法，为模态参数识别提供了一条新途径。
作者：	杨兴龙
专业：	建筑与土木工程
导师：	华旭刚;郭鑫
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2019
正文语种：	中文