索-梁組合結(jié)構(gòu)非線性動力學(xué)實驗研究.pdf

1、索-梁組合結(jié)構(gòu)是近年來提出的一種新型結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)形式簡潔，受力明確，充分利用了索的抗拉和梁的抗壓彎性能，在土木工程中有著廣泛的應(yīng)用。關(guān)于柔性索和彈性梁的理論和實驗研究非常廣泛和深入，而把柔性索和彈性梁組合成為索-梁體系進行研究還是_個新型課題。大跨度索結(jié)構(gòu)本身的大變形、大運動以及垂度等因素的影響，其非線性性質(zhì)與生俱來。拉索的振動與梁緊密相關(guān)，并且相互作用，共同影響著整個結(jié)構(gòu)體系的安全性、舒適性和使用壽命。因此研究索-梁組合結(jié)構(gòu)非線性

2、振動的模式和機理具有十分明顯的理論意義和工程背景。 索-梁組合結(jié)構(gòu)非線性動力學(xué)實驗是一項極富挑戰(zhàn)性的研究，本文主要研究內(nèi)容如下：第1章綜述了索、梁及索-梁組合結(jié)構(gòu)非線性動力學(xué)實驗研究現(xiàn)狀，總結(jié)了國內(nèi)索一梁組合結(jié)構(gòu)非線性動力學(xué)理論研究的進展，介紹了本文的研究目的、主要工作及創(chuàng)新成果。第2章利用Hamilton變分原理，推導(dǎo)了考慮彎曲剛度、垂度及幾何非線性的斜拉索三維非線性振動方程，根據(jù)邊界條件約化為二維系統(tǒng)，分別考慮了平面運動和面

3、內(nèi)面外耦合運動可能存在的內(nèi)共振模式，并分析了彎曲剛度對斜拉索動力學(xué)特性的影響。第3章利用索-梁組合結(jié)構(gòu)連接條件和邊界條件，建立了索-梁組合結(jié)構(gòu)的平面動力學(xué)方程。分析索-梁組合結(jié)構(gòu)的內(nèi)共振特性，分叉與穩(wěn)定性等。第4章主要介紹了索-梁組合結(jié)構(gòu)非線性動力學(xué)實驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計、計算、實驗原理及測試過程。第5章實驗研究了柔性懸臂梁和彈性斜拉索的參數(shù)振動，分別得到了梁和索的響應(yīng)幅值-激勵頻率曲線和響應(yīng)幅值-激勵幅值曲線，驗證了跳躍現(xiàn)象等非線性動力學(xué)特性

4、，并作了數(shù)值模擬。第6章實驗研究了集中質(zhì)量、配重分布方式、移動質(zhì)量對斜拉索參數(shù)振動特性的作用。在一定條件下，斜拉索面內(nèi)面外發(fā)生耦合運動。通過對索-梁組合結(jié)構(gòu)的參數(shù)共振進行實驗研究，得到了相應(yīng)的響應(yīng)曲線。索發(fā)生主參數(shù)共振時響應(yīng)幅值隨激勵幅值非線性遞增，基本參數(shù)共振時產(chǎn)生叉形分叉，越過臨界點后隨激勵幅值非線性遞增。頻率響應(yīng)曲線出現(xiàn)了跳躍，激勵幅值的變化導(dǎo)致最大響應(yīng)幅值對應(yīng)的激勵頻率有所偏移。實驗研究表明索和梁之間存在強烈的耦合作用，這正是組

5、合結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特性。索參數(shù)共振空間運動性態(tài)非常豐富，包括單氣圈運動和雙氣圈運動。主共振情況下參數(shù)共振沒有明確的界限。最后觀測到了由準(zhǔn)周期環(huán)面破裂導(dǎo)致的混沌運動。數(shù)值仿真結(jié)果與實驗結(jié)果基本吻合。第7章研究了單梁雙索組合結(jié)構(gòu)的非線性振動，基礎(chǔ)。本文理論分析了彎曲剛度對斜拉索動力學(xué)特性的影響，實驗研究了索-梁組合結(jié)構(gòu)非線性動力學(xué)特性，驗證了跳躍等非線性動力學(xué)現(xiàn)象，斜拉索面內(nèi)面外耦合運動，觀測到了由準(zhǔn)周期環(huán)面破裂導(dǎo)致的混沌運動，發(fā)現(xiàn)了索參數(shù)共振空