斜拉橋拉索的振動控制研究及仿真分析.pdf

1、斜拉索是斜拉橋的主要的支撐體系，是斜拉橋的重要組成部分。超長的斜拉索極易在風、雨、交通等荷載的激勵下產(chǎn)生大幅的振動，嚴重危害了斜拉橋的安全運營及其使用壽命，并且制約了大跨度斜拉橋的發(fā)展。本文對斜拉橋拉索的振動及控制進行了廣泛的研究，系統(tǒng)深入地分析了斜拉索的主動、被動控制及 MR阻尼器半主動控制的減振控制效果。
　　本文系統(tǒng)的介紹了斜拉橋的發(fā)展歷程及由于斜拉索的大幅振動造成的嚴重危害，對斜拉索的振動類型、研究現(xiàn)狀及其振動控制措施（空

2、氣動力學措施、構造措施和阻尼器措施）進行了綜述。重點分析了阻尼器措施，并將常用的幾種阻尼器進行了綜合對比。
　　綜合考慮了拉索的垂度、抗彎剛度的影響，推導了拉索-粘彈性阻尼器系統(tǒng)的線性自由振動偏微分方程，并結合分離變量法和中心差分法得到了廣義特征根方程，推導了振動方程的剛度、質(zhì)量、阻尼矩陣，并通過狀態(tài)空間法對系統(tǒng)的復特征根值進行了求解，并得出了阻尼器設計通用曲線及曲線中對應的拉索最大阻尼比及最優(yōu)阻尼器系數(shù)。對阻尼器設計提供了一定的

3、依據(jù)。
　　考慮拉索的垂度、抗彎剛度及幾何非線性，推導了拉索-粘彈性阻尼器系統(tǒng)非線性振動方程及相應的質(zhì)量、剛度、阻尼矩陣及非線性力矩陣。然后使用Newmark-β法求解，對拉索-阻尼器系統(tǒng)進行了非線性瞬態(tài)響應算例分析。結合LQR最優(yōu)理論，使用MATLAB的simulink模塊分別建立了拉索在無控、主動及被動控制狀態(tài)下的仿真模型，并進行了時程響應分析。通過位移時程曲線直觀、清晰地驗證了拉索在各種荷載狀況下阻尼器的控制效果。