斜拉索参数振动及其抑振方法研究

作     者：姚志鹏 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王文熙;郭鑫

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：斜拉桥 参数振动 耦合振动 涡激共振 尾流振子模型 振动控制 辅助索 

摘      要：近年来,我国交通基础建设发展显著,一大批大跨度斜拉桥建成通车,促进了国民经济建设的飞速发展。拉索作为斜拉桥主要受力构件,本身具有长细、轻柔、弱阻尼等特点。当斜拉索端部受到频率接近2倍索频的外激励时,且激励幅值达到一定振幅,极易形成大幅参数振动。本文针对斜拉索参数振动及其振动控制,建立了斜拉索精细化模型,并探讨了拉索-阻尼器-辅助索混合控制系统,以期为桥梁实际工程提供有益建议。本文的主要研究工作包括:(1)对斜拉索振动问题,尤其是参数振动问题及其控制的研究进展,进行了全面综述。(2)建立了考虑拉索弦向分力的斜拉索索端轴向激励精细化模型,并与张紧弦模型、考虑拉索垂度模型推导为统一形式;对比了三种模型的适用范围;运用谐波平衡法推导了拉索参数振动的稳定区间以及相应的参数振动控制所需最小阻尼以及最大端部激励幅值;分析了频率区间、端部激励大小、拉索阻尼比、倾斜角、初始张拉力和激励类型的影响。(3)建立了斜拉索-桥面耦合参数振动模型,并写为和轴向激励模型统一的形式;运用数值方法分析了系统频率比、初始扰动、质量比、阻尼比对动力特性的影响。(4)进一步建立了斜拉索-桥面-主梁尾流振子耦合参数振动模型,模拟了在主梁涡振激励情况下的拉索参数振动;通过风洞试验研究获取模型涡振数据,采用最小化试验误差方法,优化得到耦合模型参数;采用识别后的尾流振子模型参数代入斜拉索-桥面-主梁尾流振子耦合模型,研究了失速参数、静升力系数幅值、耦合系数等参数对于斜拉索-桥面-主梁尾流振子耦合模型动力特性的影响。(5)研究了拉索阻尼器混合控制系统动力特性,建立了拉索-阻尼器-辅助索振动模型;运用特征方程数值方法和以及ANSYS中的QR阻尼法对斜拉索-阻尼器-辅助索振动模型进行了分析,探讨了辅助索安装位置、辅助索刚度对动力特性的影响。