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斜拉索-阻尼器系统数值分析与试验研究
| 论文题名： | 斜拉索-阻尼器系统数值分析与试验研究 |
| 关键词： | 斜拉索;阻尼器;振动控制;优化设计;缩尺模型;大跨度斜拉桥 |
| 摘要： | 斜拉索由于质量轻、柔度大和阻尼小等特点，在外界环境或支座的激励下容易发生各种形式的振动。拉索的横向振动不仅会引起锚固端的疲劳或腐蚀保护系统的破坏，甚至危及桥梁结构的安全。因此，已建和在建的大跨度斜拉桥必须要考虑和解决包括风雨激振在内的拉索振动现象。在拉索靠近梁端位置安装阻尼器来控制拉索的振动，在工程中得到了广泛的应用。尽管如此，为了准确设计拉索减振方案，选用合适的阻尼器，必须全面考虑阻尼器安装位置、阻尼系数、阻尼器运动部分质量、阻尼器内刚度和支撑刚度以及拉索垂度和倾角对减振效果的影响，而以往的研究未能全面考虑这些参数的影响和缺乏试验验证。本文具体展开的研究工作如下： (1)通过采用斜拉索-线粘性阻尼器系统数学模型，分析了拉索垂度、阻尼系数、阻尼器内刚度和阻尼器安装位置对系统动力特性的影响；建立了考虑橡胶套靴影响的拉索.阻尼器系统数学模型，分析了套靴阻尼系数、套靴刚度和位置变化对系统阻尼比的影响。结果表明，在近梁端安装阻尼器的情况下，梁端套靴会减小系统可获得的最大阻尼比，塔端套靴会增大系统可获得的最大阻尼比；最后，建立数学模型，采用伽辽金法对采用双端(梁端和塔端)阻尼器进行拉索的振动控制进行了初步研究，表明采用双端阻尼器策略时系统可获得的阻尼比近似为设置单端阻尼器时的线性叠加。 (2)介绍了拉索-磁流变阻尼器系统模态阻尼的统一公式，基于公式全面分析了拉索参数和阻尼器参数对系统最大阻尼比和最优阻尼系数的影响，然后采用斜拉索-线粘性阻尼器系统模型，通过数值计算对统一公式进行了对比验证。 (3)以苏通大桥最长斜拉索为原型，按照动力相似准则，在实验室搭建了一根长18.75 m的1:31缩尺模型索；设计和制作了模型阻尼器，采用非接触视频监测技术及椭圆滤波和希尔伯特变换的模态参数识别方法，完成了考虑阻尼器阻尼系数、阻尼器内刚度、阻尼器支撑刚度和阻尼器运动部分质量影响的拉索减振试验研究。结果表明，垂度主要对一阶模态产生影响，对高阶模态的影响几乎可以忽略。阻尼器刚度的存在和支撑刚度的弱化会减小系统可获得的阻尼比。试验结果与统一公式的理论计算值吻合较好。通过对双端设置阻尼器的拉索减振试验，验证了采用双端阻尼器策略时系统可获得的阻尼比近似为设置单端阻尼器时的线性叠加。 (4)基于通过试验验证的统一公式，给出了拉索开环振动控制磁流变阻尼器的设计步骤。并以一座实际的斜拉桥为例，进行了全桥斜拉索阻尼器参数的优化设计。结合Matlab的图形界面用户功能，编制了拉索减振阻尼器的交互式界面设计程序。 |
| 作者： | 廖小伟 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 段元锋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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