斜拉橋拉索參數(shù)振動的半主動控制及MR阻尼器優(yōu)化布置研究.pdf

1、斜拉索作為斜拉橋的主要受力構(gòu)件，具有小質(zhì)量、低阻尼、大柔度等特點，極易在風(fēng)、風(fēng)雨、橋面振動等外部激勵下發(fā)生大幅振動，如渦激共振、尾流馳振、參數(shù)共振和風(fēng)雨振等。拉索的大幅振動一方面會引起拉索的疲勞破壞，對拉索的使用壽命和橋梁安全運營構(gòu)成很大威脅;另一方面，拉索大幅振動會引起人對橋梁安全性的懷疑。因此，準(zhǔn)確分析拉索振動機理及特性，特別是對振幅可達數(shù)米的拉索參數(shù)振動，尋求其有效振動控制措施具有重要學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價值。
　　本文以在設(shè)

2、計階段的貴州紅水河混合梁特大斜拉橋(213+508+185m)為工程背景，對基于MR阻尼器的斜拉橋拉索參數(shù)振動的半主動控制、MR阻尼器優(yōu)化布置等問題進行了深入研究，主要研究內(nèi)容和取得的研究成果如下:
　　1.總結(jié)了已有MR阻尼器力學(xué)模型，依據(jù)RD-1097型MR阻尼器的實驗數(shù)據(jù)，提出了一種新的MR阻尼器力學(xué)模型——非線性Bingham滯回模型，該模型能從物理意義上反映MR阻尼器阻尼與速度的滯回特性，并能很好地反映低速時MR阻尼器阻

3、尼力與速度之間的關(guān)系。對提出的新模型在ANSYS中的數(shù)值分析進行了研究，采用大型通用有限元軟件ANSYS中的COMBIN37單元實現(xiàn)了對非線性Bingham滯回模型的模擬;
　　2.從理論計算和ANSYS數(shù)值模擬兩方面分析了考慮垂度效應(yīng)的斜拉索振動特性和端部軸向簡諧激勵下的拉索非線性參數(shù)振動特性。采用ANSYS對拉索在端部軸向簡諧位移激勵下振動進行了瞬態(tài)動力學(xué)分析，并與理論計算結(jié)果進行了分析對比，為斜拉索-MR阻尼器系統(tǒng)在端部軸向

4、簡諧位移激勵下斜拉索主共振和參數(shù)共振振動控制的研究奠定了基礎(chǔ);
　　3.采用ANSYS對斜拉索-MR阻尼器系統(tǒng)端部軸向周期激勵下引起的拉索主共振和參數(shù)共振下的被動控制進行了研究，編制了斜拉索-MR阻尼器系統(tǒng)振動控制的APDL程序，分析了Passive-off(0V)和Passive-on(2.5V)、不同激勵幅值、阻尼器安裝位置、阻尼器間安裝角度對斜拉索主共振和參數(shù)共振振動控制的影響;
　　4.基于模糊邏輯理論，提出了斜拉索

5、-MR阻尼器系統(tǒng)主共振與參數(shù)共振振動控制的一般模糊半主動控制策略，編制了斜拉索-MR阻尼器系統(tǒng)一般模糊半主動控制的APDL程序，并與被動控制進行了對比分析，所提出的模糊半主動控制策略控制效果優(yōu)于被動控制效果，且采用模糊控制器控制MR阻尼器的輸入電壓，簡單實用;
　　5.基于一般模糊半主動控制策略，提出了改進的半主動控制策略。引入量化因子模糊控制器，根據(jù)拉索振動狀態(tài)自適應(yīng)調(diào)整量化因子，大大簡化了模糊半主動控制中通過大量嘗試以確定輸入

6、、輸出變量的基本論域以及相應(yīng)的量化因子的過程。與一般模糊半主動控制對比分析結(jié)果表明:改進的模糊半主動控制策略的效果稍優(yōu)于一般模糊控制策略效果，且更簡便和智能，提高了控制效率;
　　6.對八種不同工況下斜拉索參數(shù)共振的振動控制進行MR阻尼器的優(yōu)化布置研究，提出了斜拉索-MR阻尼器系統(tǒng)MR阻尼器優(yōu)化布置方法。建立多目標(biāo)函數(shù)，基于MATLAB平臺和ANSYS軟件編制了MR阻尼器優(yōu)化布置程序，采用遺傳算法進行優(yōu)化求解。結(jié)果表明，提出的MR