基于多種阻尼器的斜拉索減振理論研究.pdf

1、隨著材料科學、設計理論和施工技術的發(fā)展，斜拉橋的建造越來越多，最大跨徑也不斷增加。由于斜拉索變得越來越輕柔，其自身的阻尼比也隨之降低，導致斜拉索在車輛荷載、風和風雨振等外部激勵作用下產生很大的振動。目前，世界上很多斜拉橋的斜拉索由于其大幅度的振動，導致拉索的壽命降低不得不對其進行頻繁更換，對正常的交通運營造成影響。因此，很多學者和工程師在進行新建橋梁設計及既有橋梁性能評估時，越來越關注于斜拉索的振動控制研究。對于斜拉索的振動控制問題，通

2、常的做法是在錨碇附近附加如粘性阻尼器、高阻尼橡膠減振器、摩擦型阻尼器、磁流變阻尼器等來改善拉索的振動。雖然目前這個領域已有較多研究，但還有很多問題需要進一步完善，本文主要開展以下幾個方面的工作:
　　首先，開展了基于高阻尼橡膠(HDR)耗能的拉索減振裝置的應用研究:
　　1)附加單個HDR阻尼的拉索振動特性研究。高阻尼橡膠材料具有較強的能量耗散能力，被廣泛用于橋梁和建筑的抗震和振動控制中。HDR阻尼器具有緊湊的尺寸，更好的外

3、觀、易于養(yǎng)護、溫度穩(wěn)定和低成本等優(yōu)點，對斜拉索的減振具有很好的適用性和應用價值，然而，相關的理論研究還較為缺乏。因此，本論文基于復特征值理論研究了附加單個HDR阻尼的拉索的振動特性，并針對影響拉索動力特征的參數(shù)進行了分析和討論。
　　2)提出采用兩個HDR阻尼器來改進控制系統(tǒng)的有效性與魯棒性。將斜拉索模擬為一個緊繃的弦，將HDR阻尼器模擬為復阻抗來研究斜拉索-阻尼體系的振動和阻尼比，解決了兩個HDR阻尼器的附加位置問題并對結果進行

4、了討論。在兩個阻尼器都安裝在靠近錨定位置時，提出了求解一階模態(tài)阻尼比的近似公式，并將其與準確值進行了對比并通過一個實例分析對該方法進行了驗證。研究結果發(fā)現(xiàn)當兩個HDR阻尼安裝較近且都位于拉索的同一端的時候，所構成系統(tǒng)的阻尼比將減小;當阻尼器位于拉索的不同端時，能夠有效的增加阻尼比并起到很好的振動控制效果。
　　3)新型調諧質量-高阻尼橡膠(TM-HDR)阻尼器的提出及參數(shù)分析研究。研究已經證明傳統(tǒng)的機械阻尼器在減小拉索振動方面是有

5、效的，然而，由于它們經常被安裝在錨碇附近，因此并不是最有效的方法。不同于傳統(tǒng)阻尼器，調諧質量阻尼器能夠被安裝在拉索的各個部位而被用于解決傳統(tǒng)機械阻尼的缺陷。鑒于此，本論文提出了一類新的阻尼器，調諧質量-高阻尼橡膠阻尼器(TM-HDR)，來增加拉索的阻尼比。采用復特征值問題的解析公式對拉索-阻尼器體系的振動參數(shù)進行了分析，并通過對一個設計實例的數(shù)值參數(shù)研究證明了該阻尼器的有效性，并給出了TM-HDR阻尼器最優(yōu)參數(shù)的選取方法。
　　其

6、次，本論文開展了基于粘滯耗能的拉索減振裝置的相關研究:
　　4)基于復特征值精確解的粘性阻尼器最優(yōu)參數(shù)設計研究。粘性阻尼器一般用于中等長度的斜拉橋的拉索減振中，然而，最優(yōu)的粘性阻尼只能通過振動模態(tài)來進行選擇。為了對斜拉索-粘性阻尼器體系的動力特性有更深入的了解，本論文采用復特征值的精確值分析了該系統(tǒng)的振動參數(shù)，從而可以確定粘性阻尼器的最優(yōu)參數(shù)進而減小拉索的振動。
　　5)基于粘性質量阻尼器的拉索減振控制研究。粘性質量阻尼器由

7、粘性阻尼和慣性質量塊并聯(lián)組成，本文采用復特征值問題的解析公式研究了附加粘性質量阻尼器的拉索振動，并將其與傳統(tǒng)粘性阻尼器進行了對比。在確定復特征值的精確值的過程中對影響粘性質量阻尼器振動特征的參數(shù)進行了細致的分析，給出了計算附加了粘性質量阻尼器的拉索阻尼比的近似公式，通過與解析解的對比驗證了其精確性。進一步分析了彈性支承對粘性質量阻尼有效性的影響，并且通過一個設計實例對該分析方法進行了驗證。
　　6)基于TMD-VD組合控制系統(tǒng)的斜