斜拉索在近海風(fēng)雨環(huán)境下振動(dòng)的疲勞研究.pdf

1、隨著斜拉橋的快速發(fā)展，在其數(shù)量增加的同時(shí)，跨度也越來(lái)越大并且出現(xiàn)了更多的跨海大橋。斜拉索是斜拉橋的重要組成部分，因其柔性大、質(zhì)量輕、阻尼小，極易在風(fēng)荷載作用下發(fā)生大幅振動(dòng)，引起疲勞損傷，降低其使用壽命。本文主要研究了斜拉索在近海環(huán)境下的疲勞損傷以及MR阻尼器對(duì)斜拉索減振控制作用。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴使用諧波疊加法和線性濾波法來(lái)模擬空間點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程。模擬得到的順風(fēng)向和豎風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程曲線都具有較好的隨機(jī)性，模擬功率譜與

2、目標(biāo)功率譜之間的偏差程度較小。諧波疊加法是基于目標(biāo)隨機(jī)過(guò)程的離散譜近似模擬，算法比較簡(jiǎn)單實(shí)用，當(dāng)模擬點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，利用Fourier算法，計(jì)算速度將得到提高。⑵采用時(shí)域分析方法，研究斜拉索在脈動(dòng)風(fēng)荷載抖振響應(yīng)，并結(jié)合斜拉索的S-N曲線、Miner線性疲勞損傷準(zhǔn)則和雨流計(jì)數(shù)法預(yù)測(cè)斜拉索的疲勞壽命。對(duì)影響斜拉索疲勞損傷的各項(xiàng)因素進(jìn)行了計(jì)算分析，得出索直徑、索長(zhǎng)、阻尼比、傾角及外界風(fēng)載激勵(lì)與索疲勞壽命的關(guān)系。索徑和索傾角越大壽命越短;隨著阻尼比

3、的增大，拉索的壽命隨之增加;風(fēng)速越大，拉索的壽命越短;拉索的拉索長(zhǎng)度的變化對(duì)其疲勞壽命的影響顯著。通過(guò)對(duì)斜拉索無(wú)量綱化分析，可得出拉索的阻尼比、索長(zhǎng)和外界風(fēng)速是影響斜拉索疲勞壽命的重要因素。進(jìn)而對(duì)斜拉索疲勞可靠度指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)算。其值要遠(yuǎn)小于目標(biāo)可靠度指標(biāo)，因此斜拉索在極端災(zāi)變氣候環(huán)境下的可靠度尚需有待提高。⑶通過(guò)各國(guó)規(guī)范的脈動(dòng)風(fēng)速功率譜的比較，考慮了平均風(fēng)沿著高度的變化以及脈動(dòng)風(fēng)湍流強(qiáng)度、湍流積分尺度變化對(duì)斜拉索疲勞壽命的的影響，得出不

4、同規(guī)范風(fēng)速譜對(duì)斜拉索的疲勞壽命有一定的影響，在一些跨國(guó)工程中需考慮不同國(guó)家規(guī)范的風(fēng)速譜的影響。隨著地面粗糙度、模擬點(diǎn)離地高度的不斷增加，斜拉索的壽命在不斷變小。⑷應(yīng)用MR阻尼器，首先研究了在其被動(dòng)控制下阻尼器的型號(hào)、安裝位置和電壓對(duì)拉索的疲勞壽命的影響。斜拉索的疲勞壽命隨著阻尼器型號(hào)、安裝位置、電壓的升高而提高。阻尼器的型號(hào)越大，斜拉索的減振效果不一定越好，存在一最優(yōu)的型號(hào)。阻尼器安裝位置越高、電壓越大，斜拉索的減振效果越好。其次研究了

5、其半主動(dòng)控制算法，得出基于位移和速度方向和基于最優(yōu)控制力的半主動(dòng)控制算法的減振效果非常理想，并且效果很穩(wěn)定。當(dāng)阻尼器的型號(hào)、安裝位置和所施加的電壓在一定范圍變化時(shí)，斜拉索的壽命得到了有效的提高，保證了拉索在服務(wù)期限內(nèi)穩(wěn)定的工作性態(tài)。再次研究了阻尼器的疲勞損傷，通過(guò)分析可知，阻尼器鋼材不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。但是，在阻尼器的長(zhǎng)期使用過(guò)程中，活塞處有可能會(huì)發(fā)生漏油現(xiàn)象，橡膠材料也會(huì)在阻尼器的出力作用下發(fā)生疲勞破壞。最后在工程實(shí)例中進(jìn)行了斜拉索在有