【摘要】：大跨度斜拉橋的斜拉索在外界環(huán)境激勵下極易發(fā)生多種有害振動,斜拉索的有效減振技術(shù)對斜拉橋的安全運營至關(guān)重要。現(xiàn)有外置阻尼器減振措施雖然一定程度上解決了斜拉索的振動問題,但大柔度超長斜拉索的工程應(yīng)用使得阻尼器安裝高度進一步降低、斜拉索目標控制模態(tài)階次急劇增長。如何采用被動控制手段解決傳統(tǒng)被動阻尼器由于安裝位置限制而導(dǎo)致超長斜拉索附加阻尼不足的問題,始終是工程界與學(xué)術(shù)界共同關(guān)注的前沿?zé)狳c。為此,本文依托國家自然科學(xué)基金面上項目:“結(jié)構(gòu)三元被動減振理論與技術(shù)及其提升斜拉索振動控制效果研究”(51878274),以提升斜拉索振動被動控制效果為基本立足點,結(jié)合結(jié)構(gòu)振動控制領(lǐng)域的最新理論與技術(shù)成果——“inerter”(慣容器),分別開展了并聯(lián)式“慣容-阻尼”減振系統(tǒng)(PVMD)、串聯(lián)式“慣容-阻尼”減振系統(tǒng)(SVMD)以及調(diào)諧式“慣容-阻尼”減振系統(tǒng)(TID)對斜拉索的振動控制研究。分別基于復(fù)模態(tài)理論和有限差分法,分析了PVMD、SVMD和TID參數(shù)變化對斜拉索附加模態(tài)阻尼比的影響規(guī)律,獲得了阻尼器最優(yōu)參數(shù)和斜拉索最大附加模態(tài)阻尼比;評估了斜拉索垂度和抗彎剛度對PVMD、SVMD和TID最優(yōu)參數(shù)以及斜拉索減振效果的影響;綜合斜拉索最大附加模態(tài)阻尼比、斜拉索在簡諧激勵下的第1階模態(tài)跨中位移幅值和振動能量等性能指標,闡明了PVMD、SVMD和TID相對于普通黏滯阻尼器(VD)對斜拉索振動控制的優(yōu)越性;分析了“慣容-阻尼”減振系統(tǒng)的耗能機制,基于能量視角揭示了PVMD、SVMD和TID對斜拉索減振效果的提升機理;通過PVMD、SVMD和TID對斜拉索減振效果對比,闡明了各“慣容-阻尼”減振系統(tǒng)對斜拉索振動控制的適用范圍。主要研究結(jié)論如下:(1)與VD相比,PVMD、SVMD和TID均可為斜拉索提供更高的附加模態(tài)阻尼比,并顯著降低了斜拉索在相同荷載激勵下第1階模態(tài)的跨中位移幅值和振動能量。PVMD和SVMD對斜拉索減振效果提升主要歸功于慣容單元產(chǎn)生的負剛度效應(yīng)放大了阻尼器阻尼元件的位移,提高了阻尼器的耗能效率;TID對斜拉索減振效果提升歸功于負剛度作用和調(diào)諧作用實現(xiàn)了阻尼器內(nèi)部阻尼元件位移的雙重放大。(2)PVMD的無量綱慣容系數(shù)接近“1”時,對斜拉索的減振效果達到最優(yōu);當(dāng)PVMD慣容系數(shù)小于最優(yōu)值時,斜拉索的最大附加模態(tài)阻尼比隨著慣容系數(shù)的增大而增大,PVMD的最優(yōu)阻尼系數(shù)隨著慣容系數(shù)的增大而減小;PVMD為斜拉索各階模態(tài)提供的最優(yōu)附加模態(tài)阻尼比基本相同,最優(yōu)慣容系數(shù)和阻尼系數(shù)均隨著斜拉索的模態(tài)階次的增大而減小;忽略斜拉索垂度和抗彎剛度的影響,將過高估計PVMD對斜拉索的減振效果。(3)SVMD的無量綱慣容系數(shù)大于0.5時,對斜拉索的減振效果優(yōu)于VD,且在無量綱慣容系數(shù)接近“1”時對斜拉索的減振效果達到最優(yōu);在慣容系數(shù)小于最優(yōu)值時,斜拉索的最大附加模態(tài)阻尼比和SVMD的最優(yōu)阻尼系數(shù)均隨著慣容系數(shù)的增大而增大;SVMD對斜拉索各階模態(tài)提供的最優(yōu)附加模態(tài)阻尼比基本相同,最優(yōu)慣容系數(shù)和阻尼系數(shù)均隨著斜拉索的模態(tài)階次的增大而減小;忽略斜拉索垂度和抗彎剛度的影響,將過高估計SVMD對斜拉索的減振效果。(4)TID為斜拉索各階模態(tài)提供的最大附加模態(tài)阻尼比基本相同,最優(yōu)慣容比隨著斜拉索模態(tài)階次的增大而逐漸減小,而最優(yōu)頻率比和最優(yōu)阻尼比隨著斜拉模態(tài)階次的增大而增大;斜拉索垂度和抗彎剛度將降低TID為斜拉索提供的最大附加模態(tài)阻尼比,且TID慣容比的會放大斜拉索垂度和抗彎剛度對TID減振效果的不利影響;TID調(diào)諧作用對其等效負剛度系數(shù)和等效阻尼系數(shù)的放大作用,顯著降低了TID對斜拉索減振控制所需的慣容系數(shù)和阻尼系數(shù)。(5)PVMD對斜拉索某一階模態(tài)的減振效果優(yōu)于SVMD,但對多階模態(tài)的減振效果不如SVMD;TID對斜拉索某一階模態(tài)的減振效果和多階模態(tài)的減振效果均優(yōu)于PVMD和SVMD。
【圖文】：

“Inerter”構(gòu)造示意

華北水利水電大學(xué)碩士學(xué)位論文 對框架結(jié)構(gòu)的減振增效作用；汪志昊和許艷偉[33]開展了 EIMD 對斜拉，試驗表明 EIMD 為試驗斜拉索前兩階模態(tài)提供的附加模態(tài)阻尼比是論最優(yōu)值的 2.02 和 4.46 倍，，并指出 EIMD 卓越的減振性能主要歸因效應(yīng)放大了阻尼器的位移，提高了阻尼器的耗能能力，Sun 等[36]驗隔震性能。
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U448.27;U441.3

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2640942