新型桥梁拉索套筒阻尼器设计与分析

作     者：赵洪伟 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙宗光

授予年度：2023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：索桥 拉索 振动控制 套筒式阻尼器 减振性能 

摘      要：拉索的振动问题是索桥长期运营过程中的关注重点,行之有效的拉索减振方法能够有效延长拉索寿命,提高桥梁安全性和耐久性。针对该问题,本研究提出了一种新型桥梁拉索套筒阻尼器振动控制方法。首先推导了安装套筒拉索结构运动特性解析式,确定影响拉索振动的主要参数;建立有限元模型,并以阻尼比作为减振性能评价指标,通过数值模拟的方法确定不同参数对拉索减振性能的影响;采用响应曲面法实现多参数的减振性能优化设计,获取最优结构参数组合。为分析索桥实桥上套筒阻尼器对主缆、主梁与拉索耦合作用下的拉索振动控制,基于Galerkin法从解析式理论对该方法的振动特征和减振效果进行数学理论验证,并采用数值分析对比了有、无套筒阻尼器拉索在不同荷载工况下动力响应,做出具体研究如下:(1)采用控制变量法分别对有无阻尼器情况下进行斜拉索动力学性能分析,通过调整不同的激励荷载频率模拟复杂条件下拉索运动特性,并分析不同频率条件下拉索位移峰值。(2)经过解析式推导出在考虑到斜拉索自重垂度影响,拉索具有非线性动力学特性,初步验证出了在单一方向荷载作用下拉索会发生复杂运动。并采用控制变量法通过数值模拟分析了套筒阻尼器在拉索复杂非线性运动时减振耗能效果。(3)根据实际工作案例,在极端天气下风雨激振,车桥耦合振动等外界荷载激励下相邻拉索之间会发生扰动现象并产生破坏。采用索端初始扰动荷载模拟复杂激励,经过在相邻拉索激励下,计算出有无阻尼器拉索时程曲线,观察跨中位移峰值变化情况并对比分析。(4)当拉索、主梁、主塔的激励荷载频率满足一定比值时,拉索作为柔性构件振动位移时程曲线会发生“拍的现象,本研究通过控制变量法分析了拉索阻尼器在发生“拍现象时的减振效果。(5)结构整体动力学特性与低阶模态相关性较大,同时拉索两端分别于主梁、主缆相连接。通过模态分析得出实桥振型和频率并对之进行共振激励加载,分析了主梁、主塔大幅度扰动拉索阻尼器的减振性能。结果表明:相同激励荷载峰值不同激励频率下,有无阻尼器拉索位移峰值差距较大,安装阻尼器后对斜拉索跨中位移控制效果明显;拉索非线性复杂运动时阻尼器依旧保持了良好的减振效果;当相邻索扰动时安装有阻尼器拉索位移降低,有效提升了使用过程中安全性;主梁、主塔共振扰动下套筒阻尼器有效降低了拉索峰值位移;套筒阻尼器能够有效降低索的振动幅值,加快振幅衰减,拉索-套筒阻尼体系对于桥梁索结构振动是一种有意义的控制手段。