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风荷载下斜拉桥拉索的振动及其控制研究
| 论文题名： | 风荷载下斜拉桥拉索的振动及其控制研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;拉索结构;风荷载;振动响应;阻尼器 |
| 摘要： | 斜拉桥作为一种可以满足大跨度和中等跨度需求，并且集实用性、经济优势和美学特性于一体的桥梁结构，在全世界应用广泛。但由于其主要构件斜拉索是一种极具柔性的结构构件，阻尼系数较小，极易受到振动影响。且风荷载具有流动速度和方向随时间和空间随机变化的特征，不能简单的将风对结构的作用看成是由风压形成的静力荷载。 为了研究斜拉索系统在风荷载下的振动响应，基于计算流体力学法，运用ANSYS19.0-Fluent进行有限元数值模拟计算。斜拉桥拉索大多可以看成按照一定间距，等距或不等距排列的圆柱，模拟横向来风时，各个圆柱之间相互影响及各个圆柱产生的尾流效应。通过计算得出的各圆柱升力系数，并且对升力系数进行快速傅里叶变换得到相应的振动响应频率，分析各圆柱升力系数变化及拍振产生的原因。 为了验证电磁惯性质量阻尼器（EIMD）对斜拉索自由振动的减振效果，基于D’Alembert原理建立EIMD与斜拉索共同作用的非线性自由振动方程。在误差允许范围内忽略抗弯刚度、拉索自身纵向惯性力和阻尼力，以及外部动态荷载的情况下，研究平面内横向振动、平面外振动的拉索动位移。通过标准伽辽金(Galerkin)法简化振动方程，搭建Simulink动力仿真模型对拉索振动方程进行数值模拟计算，得出斜拉索跨中平面内外位移-时间曲线。通过对比拉索自由振动位移可以得出：安装EIMD后，斜拉索平面内振动位移相较于原索振动降低73.3%，平面外振动位移相较于原索振动降低72.5%。 为了获得拉索垂度以及惯性质量参数影响效果的直观表现，基于D’Alembert原理,建立斜拉索-EIMD的线性运动方程。求解方程得出阻尼器最佳阻尼比随刚度参数λ2变化的曲线图，和通过将阻尼器参数进行归一化处理后，得到的在不同λ2取值下，最佳阻尼比随惯性质量参数变化的曲线图。得出：(1)近似对称模式下，拉索垂度对阻尼器的控制效果影响明显。在低阶模态下，当λ2小于临界值4π2=39.478时，阻尼器的控制效果随着垂度逐渐增大而降低，当λ2大于临界值时阻尼器的控制效果随垂度增大而增大；近似对称模式下，等效惯性质量(-m)e,1取值在(0-15)范围内，(-m)e,1取值越大阻尼比ζn最大值出现越早，当(-m)e,1=20时，曲线与(-m)e,1=15时的区别较小，可以推测出继续增大阻尼器的惯性质量将不会再提高阻尼器的控制效果。(2)近似反对称模式下，拉索垂度对阻尼器的控制效果没有影响。近似反对称模式下EIMD的归一化惯性质量(-m)e,1取值越大，曲线顶点即阻尼比ζn最大值出现越早。 |
| 作者： | 谢静 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 袁波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 贵州大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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