本文關(guān)鍵詞：基于多種阻尼器的斜拉索減振理論研究　出處：《北京交通大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著材料科學(xué)、設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)的發(fā)展,斜拉橋的建造越來(lái)越多,最大跨徑也不斷增加。由于斜拉索變得越來(lái)越輕柔,其自身的阻尼比也隨之降低,導(dǎo)致斜拉索在車輛荷載、風(fēng)和風(fēng)雨振等外部激勵(lì)作用下產(chǎn)生很大的振動(dòng)。目前,世界上很多斜拉橋的斜拉索由于其大幅度的振動(dòng),導(dǎo)致拉索的壽命降低不得不對(duì)其進(jìn)行頻繁更換,對(duì)正常的交通運(yùn)營(yíng)造成影響。因此,很多學(xué)者和工程師在進(jìn)行新建橋梁設(shè)計(jì)及既有橋梁性能評(píng)估時(shí),越來(lái)越關(guān)注于斜拉索的振動(dòng)控制研究。對(duì)于斜拉索的振動(dòng)控制問題,通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(lái)改善拉索的振動(dòng)。雖然目前這個(gè)領(lǐng)域已有較多研究,但還有很多問題需要進(jìn)一步完善,本文主要開展以下幾個(gè)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(yīng)用研究:1)附加單個(gè)HDR阻尼的拉索振動(dòng)特性研究。高阻尼橡膠材料具有較強(qiáng)的能量耗散能力,被廣泛用于橋梁和建筑的抗震和振動(dòng)控制中。HDR阻尼器具有緊湊的尺寸,更好的外觀、易于養(yǎng)護(hù)、溫度穩(wěn)定和低成本等優(yōu)點(diǎn),對(duì)斜拉索的減振具有很好的適用性和應(yīng)用價(jià)值,然而,相關(guān)的理論研究還較為缺乏。因此,本論文基于復(fù)特征值理論研究了附加單個(gè)HDR阻尼的拉索的振動(dòng)特性,并針對(duì)影響拉索動(dòng)力特征的參數(shù)進(jìn)行了分析和討論。2)提出采用兩個(gè)HDR阻尼器來(lái)改進(jìn)控制系統(tǒng)的有效性與魯棒性。將斜拉索模擬為一個(gè)緊繃的弦,將HDR阻尼器模擬為復(fù)阻抗來(lái)研究斜拉索-阻尼體系的振動(dòng)和阻尼比,解決了兩個(gè)HDR阻尼器的附加位置問題并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了討論。在兩個(gè)阻尼器都安裝在靠近錨定位置時(shí),提出了求解一階模態(tài)阻尼比的近似公式,并將其與準(zhǔn)確值進(jìn)行了對(duì)比并通過一個(gè)實(shí)例分析對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩個(gè)HDR阻尼安裝較近且都位于拉索的同一端的時(shí)候,所構(gòu)成系統(tǒng)的阻尼比將減小;當(dāng)阻尼器位于拉索的不同端時(shí),能夠有效的增加阻尼比并起到很好的振動(dòng)控制效果。3)新型調(diào)諧質(zhì)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(jīng)證明傳統(tǒng)的機(jī)械阻尼器在減小拉索振動(dòng)方面是有效的,然而,由于它們經(jīng)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(diào)諧質(zhì)量阻尼器能夠被安裝在拉索的各個(gè)部位而被用于解決傳統(tǒng)機(jī)械阻尼的缺陷。鑒于此,本論文提出了一類新的阻尼器,調(diào)諧質(zhì)量-高阻尼橡膠阻尼器(TM-HDR),來(lái)增加拉索的阻尼比。采用復(fù)特征值問題的解析公式對(duì)拉索-阻尼器體系的振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了分析,并通過對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)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。其次,本論文開展了基于粘滯耗能的拉索減振裝置的相關(guān)研究:4)基于復(fù)特征值精確解的粘性阻尼器最優(yōu)參數(shù)設(shè)計(jì)研究。粘性阻尼器一般用于中等長(zhǎng)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(dòng)模態(tài)來(lái)進(jìn)行選擇。為了對(duì)斜拉索-粘性阻尼器體系的動(dòng)力特性有更深入的了解,本論文采用復(fù)特征值的精確值分析了該系統(tǒng)的振動(dòng)參數(shù),從而可以確定粘性阻尼器的最優(yōu)參數(shù)進(jìn)而減小拉索的振動(dòng)。5)基于粘性質(zhì)量阻尼器的拉索減振控制研究。粘性質(zhì)量阻尼器由粘性阻尼和慣性質(zhì)量塊并聯(lián)組成,本文采用復(fù)特征值問題的解析公式研究了附加粘性質(zhì)量阻尼器的拉索振動(dòng),并將其與傳統(tǒng)粘性阻尼器進(jìn)行了對(duì)比。在確定復(fù)特征值的精確值的過程中對(duì)影響粘性質(zhì)量阻尼器振動(dòng)特征的參數(shù)進(jìn)行了細(xì)致的分析,給出了計(jì)算附加了粘性質(zhì)量阻尼器的拉索阻尼比的近似公式,通過與解析解的對(duì)比驗(yàn)證了其精確性。進(jìn)一步分析了彈性支承對(duì)粘性質(zhì)量阻尼有效性的影響,并且通過一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例對(duì)該分析方法進(jìn)行了驗(yàn)證。6)基于TMD-VD組合控制系統(tǒng)的斜拉索減振控制研究。提出了一種結(jié)合了粘性阻尼和調(diào)諧質(zhì)量阻尼的阻尼系統(tǒng)來(lái)解決單一阻尼器所面臨的缺陷。本文的研究對(duì)斜拉索和阻尼器(系統(tǒng))的動(dòng)力性能進(jìn)行了深入的分析和討論,能夠?yàn)樾崩鳒p振控制最優(yōu)控制裝置的選擇及評(píng)估提供支持。同時(shí),本文的研究為拉索的減振控制設(shè)計(jì)及研究提供指導(dǎo)和建議。
[Abstract]:With the development of material science , design theory and construction technology , the construction of cable - stayed bridge is more and more , and the maximum span is increasing . This paper presents a new kind of damper , tuned mass - high damping rubber damper ( TM - HDR ) to increase the damping ratio of the cable .

【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U448.27

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 周�？�;孫利民;;斜拉索附加帶剛度阻尼器的參數(shù)優(yōu)化分析[J];力學(xué)季刊;2008年01期

2 胡建華;趙躍宇;劉慕廣;陳政清;;串列雙索氣彈模型的風(fēng)洞試驗(yàn)研究[J];動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào);2006年02期

3 周亞剛;孫利民;;斜拉索-三單元Maxwell阻尼器系統(tǒng)的復(fù)模態(tài)分析[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年01期

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本文編號(hào)：1414419