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斜拉索电磁惯质阻尼器的减振性能研究
| 论文题名： | 斜拉索电磁惯质阻尼器的减振性能研究 |
| 关键词： | 桥梁结构;斜拉索;电磁惯质阻尼器;减振性能 |
| 摘要： | 桥梁斜拉索的固有阻尼比很小，在外界激励下易发生过大振动，而常规被动阻尼器对斜拉索的减振性能有限。电磁惯质阻尼器(Electromagnetic inertial mass damper,简称为EIMD)是一种新型高性能被动阻尼器，由惯质单元和电磁阻尼单元并联组成。目前，基于EIMD的斜拉索减振性能研究并不多。本文从斜拉索减振问题出发，通过理论推导、数值模拟和实验分析，系统地研究了斜拉索EIMD的减振性能，主要研究工作和创新成果有： (1)提出了EIMD的力学模型。考虑阻尼器的摩擦和寄生阻尼，建立了EIMD的非线性力学模型，并根据耗能相等原理，将摩擦阻尼等效为粘滞阻尼，进一步建立了其等效线性力学模型。通过对足尺EIMD的动力加载实验验证了两种力学模型的正确性。 (2)推导了斜拉索EIMD的最优参数设计公式。基于Krenk斜拉索-阻尼器系统的理论分析模型，建立了模态阻尼比与EIMD参数的函数关系，进而推导了惯质和阻尼系数的最优参数理论解。利用牛顿迭代法对系统的模态阻尼比进行了数值求解，并与理论解进行对比分析，研究了理论公式的误差，并给出了公式的适用范围。理论分析还表明，EIMD对斜拉索单阶模态的减振性能较粘滞阻尼器(Viscous Damper,简称为VD)至少提升五倍。 (3)通过数值模拟，研究了EIMD对香港昂船洲大桥超长斜拉索的减振性能。建立了斜拉索-EIMD系统的有限差分数值模型，分别考虑简谐激励和抖振力，系统分析了EIMD对斜拉索前6阶模态振动以及在风振作用下的减振性能。结果表明，EIMD对超长索的低阶和高阶模态的减振性能均优于VD，对抖振控制的性能也更好。 (4)通过足尺实验，系统地研究了EIMD对斜拉索的减振性能。通过实验研究，分析了不同惯质和阻尼系数对斜拉索模态频率、阻尼比和振型的影响规律，厘清了EIMD的减振机理。此外，建立了实验索-阻尼器系统的有限差分模型，通过复特征值分析求解得到了数值结果，并结合了设计公式，与实验结果进行对比分析，进一步验证了实验结果的可靠性。实验结果表明，在次优参数条件下，EIMD的斜拉索减振性能比VD提升约2倍。 |
| 作者： | 李亚敏 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 朱宏平 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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