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悬索桥吊索体系参数共振及TMD减振研究
| 论文题名： | 悬索桥吊索体系参数共振及TMD减振研究 |
| 关键词： | 悬索桥;吊索体系;参数共振;减震设计 |
| 摘要： | 悬索桥在风荷载、车辆荷载等作用下，易发生吊索体系的大幅参数振动，并使得关键部位破坏失效。因此，有必要开展悬索桥吊索体系易发生的参数共振相关规律的研究，以及采取合理的减振措施以实现对吊索的大幅参数振动有效减振。本文在总结国内外大跨桥梁拉索参激共振机理及相关理论的基础上，分别建立单根吊索、主梁-吊索以及主梁-吊索-主缆三种体系模型，推导其振动微分方程，利用四阶龙格库塔法对各种体系实现吊索大幅参数振动仿真及规律分析，在此基础上采用TMD实现对吊索体系参数振动的减振参数设计、影响因素及减振效果分析。主要研究内容如下: (1)建立单独吊索体系模型，通过动力时程和扫频分析，确认单根吊索分别在外激励和吊索频率之比为1∶1和1∶2时会发生主共振和参数共振，且均存在一定的频带宽度，参数共振的带宽明显宽于主共振带宽;探讨了吊索长度及吊索初始张拉力等因素对吊索主共振和参数共振的影响，发现索长越长参数共振幅值越大，初始张拉力对主共振的发生有一定延缓作用。 (2)建立吊索-主梁体系学模型，通过动力时程和扫频分析，确认了主梁-吊索分别在外激励与主梁-吊索的频率关系满足1∶1∶1和2∶2∶1时会发生吊索主共振和参数共振，探究了外激励幅值和频率对吊索主共振和参数共振的影响规律。利用Den Hartog理论实现TMD的频率比和阻尼比参数初步设计，并探讨当参数变化时的减振鲁棒性能，进一步实现了TMD参数的优化，确认了在主梁上安装TMD时对吊索参数共振减振的有效性。 (3)建立了主梁-吊索-主缆自由振动动力学模型，在对其解耦之后利用多尺度法进行了解析分析，得出体系可能存在的共振频率比关系，并利用数值方法分析了在解耦体系共振情况下对应的未解耦频率之间的近似关系，得到了在四种体系下存在参数共振。对外激励下的四种体系进行共振扫频分析，得出体系在外激励下引起结构共振的可能频率关系，并按Den Hartog理论设计的TMD进行结构减振分析，发现TMD对主共振减振效果较好，而对参数激励引起的共振，可以有效减小吊索参数共振频带宽度，幅值减小不明显。 |
| 作者： | 程淼 |
| 专业： | 桥梁工程 |
| 导师： | 文永奎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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