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大跨度三塔连跨悬索桥风致抖振及其MTMD控制研究
| 论文题名： | 大跨度三塔连跨悬索桥风致抖振及其MTMD控制研究 |
| 关键词： | 三塔连跨悬索桥;风致抖振现象;多重调谐质量阻尼器;减振控制 |
| 摘要： | 三塔连跨悬索桥是在两塔悬索桥的基础上发展起来的一种新桥型，中塔的引入使得其动静力特性较之两塔悬索桥更加复杂。随着桥梁跨度的增加，强风作用下大跨度三塔连跨悬索桥的风致抖振问题日益显著，其风致抖振精细化与振动控制研究备受关注。本文以泰州大桥为工程背景，紧紧围绕三塔连跨悬索桥风致抖振和MTMD减振控制两大研究热点，结合泰州大桥桥址区实测风数据和大型有限元分析软件ANSYS，开展大跨度三塔连跨悬索桥风致抖振及其MTMD控制研究。主要研究内容包括: 1.泰州大桥有限元建模及其动力特性分析。根据泰州大桥结构设计参数在ANSYS中建立了结构三维有限元模型，从而采用子空间迭代法计算了泰州大桥的模态参数。根据泰州大桥成桥试验及模型试验数据，将实测模态参数与计算模态参数进行了对比，以验证所建立的泰州大桥有限元模型的准确性。 2.泰州大桥桥址区强台风平稳与非平稳特性现场实测研究。以台风“娜基莉”为研究背景，根据泰州大桥桥址区实测风数据开展了实测强风平稳与非平稳特性对比研究。通过游程检验法对风速时程的均值与方差进行了非平稳性检验，从而定量评估了基本时距内风速的非平稳比例。基于平稳与非平稳风速模型分析了台风的平均风特性、紊流强度、阵风因子、紊流积分尺度和紊流功率谱密度等具体风特性参数。 3.基于插值函数的三塔连跨悬索桥简化三维脉动风场模拟。传统谐波合成法在模拟脉动风速时需进行大量的Cholesky分解，其直接制约了算法的计算效率。本文通过对Cholesky分解矩阵引入插值近似以减少Cholesky分解的次数，从而大幅度提高了传统谐波合成法的计算效率。采用简化风场模拟方法，在保证足够模拟精度的前提下，实现了三塔连跨悬索桥三维脉动风场的快速有效模拟。 4.基于平稳与非平稳风谱的三塔连跨悬索桥抖振性能对比研究。鉴于平稳与非平稳风速模型的差异，根据Davenport准定常理论分别推导了平稳与非平稳静风荷载、抖振力和自激力模型。基于所模拟的桥址区平稳与非平稳三维脉动风场，结合泰州大桥三维有限元模型，从而开展了三塔连跨悬索桥平稳与非平稳抖振性能对比研究。 5.大跨度三塔连跨悬索桥风致抖振MTMD控制研究。根据三塔连跨悬索桥抖振响应特征确立了MTMD的设计方案，采用轮次更新法研究了MTMD设计参数（TMD数量、质量比、阻尼比、频带宽等）对减振效果的参数敏感性，结合MTMD的减振效果与鲁棒性等两个因素确定了MTMD设计参数的优选值，从而进一步开展了减振前后大跨度三塔连跨悬索桥风致抖振对比分析。 |
| 作者： | 陶天友 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 王浩;王飞球 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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