大跨度橋梁的風致振動分析與被動.pdf

1、橋梁技術(shù)的突飛猛進使得橋梁的跨越能力不斷增強，導(dǎo)致橋梁的剛度不斷下降，體現(xiàn)出柔性結(jié)構(gòu)特征。1940年Tacoma大橋的垮塌使得風對橋梁結(jié)構(gòu)的作用走進橋梁工程技術(shù)人員的視野，眾多學(xué)者對橋梁風致振動進行了相關(guān)研究，基本上得到了各種風致振動機理。時至今日，風致振動對大跨度橋梁的影響無論是在建設(shè)階段還是在運營階段都已不容忽視。同時，風致振動也是限制橋梁跨度進一步增加的重要制約因素。
　　 本文從風致振動以及控制的研究現(xiàn)狀出發(fā)，在總結(jié)和吸

2、收國內(nèi)外前人研究成果的基礎(chǔ)上，對大跨度橋梁的風致振動以及被動控制加以研究，給出了大跨度橋梁風致振動的頻域分析方法和時域分析方法，并使用多種TMD 裝置對風致振動的被動控制的原理、效果以及參數(shù)加以研究，且均編制程序加以實現(xiàn)。本文的主要研究內(nèi)容包括：
　　 （1）分析了橋梁結(jié)構(gòu)在非線性靜力荷載作用下橋梁成橋狀態(tài)。介紹了懸索橋成橋狀態(tài)分析的解析法和有限元法、斜拉橋成橋狀態(tài)和索力優(yōu)化，分析了大跨度橋梁靜風穩(wěn)定問題。利用增量與內(nèi)外兩重迭代

3、法分別計算了兩座橋梁的靜風失穩(wěn)的臨界風速，以此靜力計算結(jié)果作為模態(tài)分析的基礎(chǔ)。
　　 （2）分析了頻域范圍內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)的顫振。詳細介紹以有限模態(tài)為基礎(chǔ)的多種多模態(tài)分析方法中的多模態(tài)顫振自動分析法，并以具有理想平板截面的簡支梁和某在建長江公路懸索橋為例，使用該方法分析了顫振發(fā)生的規(guī)律和形態(tài)。
　　 （3）分析了頻域范圍內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)的抖振。利用計算速度較快的虛擬激勵法（PEM）對大跨度橋梁進行了抖振分析過程加以推導(dǎo)，在其中使用更

4、為精確的橋梁結(jié)構(gòu)節(jié)點等效氣動抖振力公式，并與較為精確的大跨度橋梁抖振分析的CQC 方法進行比較。以具有理想平板截面的簡支梁和某在建長江公路懸索橋作為數(shù)值算例進行了驗證分析。
　　 （4）分析了時域范圍內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)的風致振動問題。結(jié)合大跨度橋梁的結(jié)構(gòu)非線性靜力計算結(jié)果，分析大跨度橋梁的顫振以及顫抖振在時域內(nèi)的分析手法。介紹了時域內(nèi)自激力和脈動風速的模擬方法。對原結(jié)構(gòu)的有限元模型疊加自激力生成的氣動剛度、阻尼和質(zhì)量，將自激力中的時間歷

5、程項和抖振力作為外部荷載加入有限元模型。使用ANSYS 實現(xiàn)了顫抖振統(tǒng)一時程分析。
　　 （5）利用TMD 研究了大跨度橋梁的被動控制問題。結(jié)合風致振動的頻域計算結(jié)果，分析大跨度橋梁的顫振以及顫抖振的被動控制方法，研究了被動控制參數(shù)的設(shè)定問題。以TMD為代表，介紹了被動控制的基本理論，推導(dǎo)了STMD、DTMD 這兩種TMD 設(shè)備的控制原理以及與結(jié)構(gòu)共同運動的動力微分方程。研究大跨度橋梁顫振和考慮自激力的抖振的TMD控制問題，并分