大跨度懸索橋在交通荷載和環(huán)境激勵(lì)下,加勁梁產(chǎn)生持續(xù)不斷的縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng),這類振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致懸索橋上的連接構(gòu)件如伸縮縫等出現(xiàn)疲勞破壞。抑制這類振動(dòng)一般是在梁端安裝阻尼裝置,這類裝置不僅能夠減少運(yùn)營狀態(tài)下的梁端位移,還能減弱地震作用下的梁端位移響應(yīng)。本文提出采用耐久性能良好的新型電渦流阻尼器（ECD）進(jìn)行梁端位移控制并對其減振效果進(jìn)行了評估。首先對某大跨度懸索橋的實(shí)測縱向位移數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析,通過簡化建立了懸索橋縱向振動(dòng)的單自由度模型（SDOF）,并反演了運(yùn)營狀態(tài)下的等效外力時(shí)程。然后對懸索橋簡化SDOF模型在運(yùn)營狀態(tài)等效外力時(shí)程作用下和地震激勵(lì)下的響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算,并評估了ECD在運(yùn)營低速狀態(tài)下線性阻尼和地震高速狀態(tài)下非線性阻尼的減振（震）控制效果,提出了平衡兩種狀態(tài)控制目標(biāo)的阻尼器參數(shù)合理取值范圍,為ECD在懸索橋加勁梁縱向位移控制領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)。 

【文章來源】：地震工程與工程振動(dòng). 2020,40(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

實(shí)測懸索橋梁端縱向運(yùn)動(dòng)曲線

進(jìn)一步,對實(shí)測位移時(shí)程和分解后的位移時(shí)程進(jìn)行頻譜分析,得到的結(jié)果如圖2所示。剔除溫度影響后的縱向位移時(shí)程曲線,即EMD分解出來的IMF1-9之和的頻譜圖和實(shí)測位移時(shí)程曲線圖較為類似,這說明由溫度變化引起的位移只會(huì)影響位移時(shí)程的總體趨勢,而不會(huì)改變一天內(nèi)位移時(shí)程的頻譜特征。同時(shí)分別對IMF1與IMF2-9之和進(jìn)行頻譜分析,我們發(fā)現(xiàn)IMF1的高頻成分較多,而IMF2-9之和基本為超低頻成分。這表明,懸索橋縱向運(yùn)動(dòng)位移時(shí)程曲線(IMF1-9之和)可以大致分成兩個(gè)部分:一部分是IMF1對應(yīng)的相對高頻的縱向振動(dòng)成分,其卓越頻率為0.104 Hz(周期為9.6 s),與該懸索橋有限元分析的縱飄模態(tài)對應(yīng),是由風(fēng)荷載和車輛動(dòng)態(tài)激勵(lì)引起的主要由加勁梁縱飄模態(tài)參與的共振響應(yīng),此類振動(dòng)可從圖1(d),即1min的運(yùn)動(dòng)時(shí)程曲線上觀察到;另一個(gè)部分是由IMF2-9所對應(yīng)的相對低頻的縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)成分,其卓越頻率為0.006 2 Hz(周期為161.3 s),是由車輛荷載引起的擬靜態(tài)位移,此類運(yùn)動(dòng)可從圖1(c),即加勁梁縱向運(yùn)動(dòng)1 h 時(shí)程曲線上觀察到較為長周期的大波波形。前者是由外部激勵(lì)引起的結(jié)構(gòu)共振響應(yīng),可以通過增設(shè)阻尼裝置加以抑制;后者是由于車輛荷載的不對稱分布,引起懸索橋主纜和加勁梁的大位移變形造成的梁端擬靜態(tài)位移,單靠阻尼裝置較難抑制,需要輔助其他措施才能達(dá)到較好的效果。限于篇幅,本文僅討論對加勁梁第一類位移成分(即IMF1)的振動(dòng)控制,關(guān)于由車輛荷載不對稱分布引起的擬靜態(tài)位移控制,將在后續(xù)的研究中加以探討。2 懸索橋SDOF簡化模型

由外部動(dòng)態(tài)激勵(lì)引起的漂浮體系橋梁加勁梁的縱向運(yùn)動(dòng)可以簡化為SDOF體系來進(jìn)行分析。從上一節(jié)中,我們也可以看出,由外部動(dòng)態(tài)激勵(lì)引起的主梁縱向振動(dòng)主要由懸索橋的縱飄模態(tài)參與,其他模態(tài)參與甚少,為了簡化計(jì)算,將懸索橋簡化為縱飄模態(tài)是合適的。SDOF體系的質(zhì)量主要是來自于加勁梁,而SDOF體系的自振頻率通過上節(jié)中由環(huán)境因素激起的縱向運(yùn)動(dòng)的卓越頻率(縱飄模態(tài))確定。而體系的剛度可以通過質(zhì)量和自振頻率求得。簡化的模型如圖3所示,其中集中質(zhì)量取懸索橋加勁梁的總重m為24 930 t,體系的自振頻率f取0.104 Hz。SDOF體系的圓頻率和剛度分別為ωn=2πf=0.65 rad/s, k=mω n 2 =10 533 kN/m。該懸索橋的加勁梁為鋼箱梁,根據(jù)規(guī)范[21]取SDOF體系的結(jié)構(gòu)阻尼比為0.3%,則阻尼系數(shù)為c=2mωnξ=97.23kN·s/m。采用五點(diǎn)微分法[22],對上節(jié)提取出來的由風(fēng)和車輛動(dòng)態(tài)激勵(lì)而產(chǎn)生的縱向位移響應(yīng)IMF1進(jìn)行微分,可以得到相應(yīng)的速度和加速度響應(yīng)。結(jié)合SDOF體系的動(dòng)力學(xué)方程式(1)進(jìn)行動(dòng)力反演,可以得到SDOF的等效外力時(shí)程曲線,如圖4所示。

【參考文獻(xiàn)】：
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