【摘 要】
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斜拉索与吊杆分别作为斜拉桥与悬索桥中主要的传力构件、具有长度长、柔度大、长期处于高应力状态的特性,是大跨桥梁中最脆弱、最容易受损的构件之一。索、杆结构的服役状态在大跨桥梁的整个服役生涯中显得尤为重要,其长期处于往复振动易造成疲劳损伤并减少服役寿命;在极端天气情况下,索、杆结构易产生大幅振动,对桥梁结构和交通安全构成威胁。索、杆结构振动控制问题近年来引起许多学者、工程
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斜拉索与吊杆分别作为斜拉桥与悬索桥中主要的传力构件、具有长度长、柔度大、长期处于高应力状态的特性,是大跨桥梁中最脆弱、最容易受损的构件之一。索、杆结构的服役状态在大跨桥梁的整个服役生涯中显得尤为重要,其长期处于往复振动易造成疲劳损伤并减少服役寿命;在极端天气情况下,索、杆结构易产生大幅振动,对桥梁结构和交通安全构成威胁。索、杆结构振动控制问题近年来引起许多学者、工程师的关注,采取有效的索、杆结构抑振措施对其服役寿命有着积极影响。本文针对大跨桥梁构件斜拉索与吊杆结构分别开展了基于被动式阻尼器的数值模拟减振研究与实桥试验减振研究:(1)针对斜拉索的结构形式提出了两种适配的调谐液体阻尼器。(2)基于调谐质量阻尼器开展了实桥柔性吊杆减振试验研究。(1)提出了一种底面垂直于斜拉索轴线的斜置环形调谐液体阻尼器(SRSTLD-1),该被动式阻尼器仅适用于倾角大于45°的斜拉索。通过选取合适的柱坐标系,由经典线性势流体理论推导并求解SRSTLD-1液体一阶晃动频率与其实时控制力;基于SRSTLD-1动力特性的数学解析表达式,根据某既有斜拉索的参数设计优化SRSTLD-1的尺寸参数;在MATLAB软件中对目标待控斜拉索对照组分别进行模态分析与动力响应瞬态分析,根据斜拉索对照组的模态信息与其中点动力响应时程评价SRSTLD-1的减振效果。(2)提出了一种底面水平的斜置环形调谐液体阻尼器(SRSTLD-2),该被动式阻尼器适用于任意倾角的斜拉索。同样基于线性势流体理论给出了SRSTLD-2的二阶控制拉普拉斯偏微分方程与对应边值条件,并基于坐标变换理论给出了含有待定系数的解析解,但由于该问题的复杂性没有进一步确定待定系数;使用ADINA软件对该问题进行仿真模拟,依据SRSTLD-2的模态分析结果对其尺寸进行优化,随后建立了目标待控拉索的对照组数值模型,使用隐式动力学多次模拟、求解对照组目标节点处的动力响应。(3)在大连星海湾双层地锚式跨海悬索桥某柔性吊杆上开展了基于四线摆式调谐质量阻尼器(FWPTMD)的吊杆抑振实桥试验。在ANSYS软件中,对吊杆对照组的试验工况进行了模拟仿真;在实桥现场通过给对照组施加相同的正弦荷载激励,采集对照组中点位置处的速度响应,与数值模拟相互佐证FWPTMD对柔性吊杆的抑振效果。上述数值模拟与实桥试验分别表明:应用研究中提出的被动式阻尼器可以对索、杆结构起到明显的振动控制效果,增大索、杆结构的一阶模态阻尼比,对延长大跨桥梁索、杆结构的服役寿命起到了积极的作用,是非常有必要的。
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