斜拉橋拉索的振動(dòng)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(zhǎng)的斜拉索極易在風(fēng)、雨、交通等荷載的激勵(lì)下產(chǎn)生大幅的振動(dòng)，嚴(yán)重危害了斜拉橋的安全運(yùn)營(yíng)及其使用壽命，并且制約了大跨度斜拉橋的發(fā)展。本文對(duì)斜拉橋拉索的振動(dòng)及控制進(jìn)行了廣泛的研究，系統(tǒng)深入地分析了斜拉索的主動(dòng)、被動(dòng)控制及 MR阻尼器半主動(dòng)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(dòng)造成的嚴(yán)重危害，對(duì)斜拉索的振動(dòng)類型、研究現(xiàn)狀及其振動(dòng)控制措施（空

2、氣動(dòng)力學(xué)措施、構(gòu)造措施和阻尼器措施）進(jìn)行了綜述。重點(diǎn)分析了阻尼器措施，并將常用的幾種阻尼器進(jìn)行了綜合對(duì)比。
　　綜合考慮了拉索的垂度、抗彎剛度的影響，推導(dǎo)了拉索-粘彈性阻尼器系統(tǒng)的線性自由振動(dòng)偏微分方程，并結(jié)合分離變量法和中心差分法得到了廣義特征根方程，推導(dǎo)了振動(dòng)方程的剛度、質(zhì)量、阻尼矩陣，并通過(guò)狀態(tài)空間法對(duì)系統(tǒng)的復(fù)特征根值進(jìn)行了求解，并得出了阻尼器設(shè)計(jì)通用曲線及曲線中對(duì)應(yīng)的拉索最大阻尼比及最優(yōu)阻尼器系數(shù)。對(duì)阻尼器設(shè)計(jì)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(dǎo)了拉索-粘彈性阻尼器系統(tǒng)非線性振動(dòng)方程及相應(yīng)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(duì)拉索-阻尼器系統(tǒng)進(jìn)行了非線性瞬態(tài)響應(yīng)算例分析。結(jié)合LQR最優(yōu)理論，使用MATLAB的simulink模塊分別建立了拉索在無(wú)控、主動(dòng)及被動(dòng)控制狀態(tài)下的仿真模型，并進(jìn)行了時(shí)程響應(yīng)分析。通過(guò)位移時(shí)程曲線直觀、清晰地驗(yàn)證了拉索在各種荷載狀況下阻尼器的控制效果。