斜拉桥拉索振动控制理论分析

作     者：张贤才 

作者单位：湖南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王修勇

授予年度：2012年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：小垂度拉索 模态降阶 轴向主动控制 单模态 多模态 线性二次型控制 Bang-Bang算法 半主动控制 

摘      要：拉索的高强度、轻质量使其成为高效的结构构造之一,然而拉索是柔性的且固有频率很低。因此，在外部作用力和支座移动下，拉索极易产生大幅度的振动,如尾流驰振、参数共振、涡激共振和风雨振等;在斜拉桥中，拉索的振动会使拉索锚固端产生微小的裂缝,且会使拉索的保护系统受到破坏，甚至导致拉索失效及对桥梁安全运营构成极大威胁。因此，研究拉索振动的机理及其振动控制措施对于斜拉桥的建设和维护具有重要意义。对于超细长拉索而言，采用被动控制、半主动控制来抑制其振动具有一定的局限性。目前，虽然主动控制尚存有一些问题，但它仍然是抑制拉索振动的一种有效的选择方法,本文主要是通过轴向支座移动来实施小垂度拉索的主动控制。 本文是在国家自然科学基金项目的资助下完成的，主要研究了小垂度拉索的轴向振动控制，并对其进行了仿真分析。主要研究内容如下： （1）在综合大量国内外文献的基础上，介绍了结构振动控制的概念，对国内外有关斜拉桥拉索振动及其控制的研究现状和进展进行了回顾与总结。 （2）介绍了目前常用的主动控制算法：极点配置、经典线性最优控制、瞬时最优控制、独立模态控制、滑动模态控制、H状态反馈控制及最优多项式控制等算法。 （3）为了抑制小垂度拉索的振动，本文主要思路是通过拉索一端固定，拉索另一端通过作动器来实现的时变移动支座且沿着拉索轴向移动，从而达到施加轴向主动控制力的作用;利用模态降阶理论和Lagrange方程建立了小垂度拉索平面内振动的轴向单模态和多模态主动控制模型。 （4）根据小垂度拉索振动的主动控制模型，用线性二次型（LQR）最优控制策略实现了在不同的荷载工况下，拉索平面内振动单模态和多模态的主动控制，并对控制效果进行了分析比较，最后求出最优主动控制力。 （5）根据小垂度拉索振动的主动控制模型，应用Bang-Bang算法对拉索在不同荷载工况下，拉索平面内振动的单模态及多模态进行了半主动控制，并说明其对拉索振动的控制效果。