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端部激励拉索的两种交替性耦合振动

端部激励拉索的两种交替性耦合振动

作者：谭超重庆交通大学

学位级别：硕士

拉索被广泛应用于多种跨越结构中。相关文献发现了拉索两个特别的振动现象,现象一为相邻拉索间同/异步交替振动,现象二为单根拉索的空间顺/逆时针交替振动。研究现象一有助于正确理解拉索间同/异步交替振动机理,为辅助索的设计提供一定... 详细信息

拉索被广泛应用于多种跨越结构中。相关文献发现了拉索两个特别的振动现象,现象一为相邻拉索间同/异步交替振动,现象二为单根拉索的空间顺/逆时针交替振动。研究现象一有助于正确理解拉索间同/异步交替振动机理,为辅助索的设计提供一定指导;现象二涉及到拉索的模态耦合内共振,拉索在空间中运动状态的快速改变或涉及到疲劳问题。本文主要采用理论分析、参数分析以及对比归纳相结合的方法对拉索的两种振动现象进行了一定研究,主体内容如下:(1)建立拉索在多频多点端部激励下的振动理论模型并离散出在广义坐标下的控制方程,建立ANSYS有限元模型,两者进行向前、向后扫频。理论与有限元模型的面内、外幅值以及跳跃点位置吻合良好。ANSYS软件对拉索瞬态索力的研究表明:不考虑与面外耦合时,索力最大值、平均值与幅频曲线具有相似关系,索力最小值变化缓慢;考虑面内、外耦合且面外被激发振动后,索力最小值同样与幅频曲线具有相似关系;在相同的扫频方式下幅值均未跳跃时,考虑面内、外耦合且面外被激发振动后与不考虑耦合相比索力最大值较小,最小值较大。(2)采用多尺度摄动法对控制方程进行求解,根据拉索主共振频响方程推导跳跃点位置方程,从理论上界定拉索间的同/异步交替振动区间。采用一根实际工程拉索进行多种参数分析,通过跳跃点位置变化研究拉索间同/异步振动区间的变化规律,表明:偶数阶时,拉索跳跃点位置和幅值仅与阻尼、竖向激励和参数Γ相关,相同两拉索调节一拉索Γ,两拉索的同/异步振动区间单调变化,而跳跃时的幅值随Γ变化存在极大值。相同两拉索均承受相同较小幅值轴向激励,调节一拉索阻尼,向前扫频,同/异步振动区间变化不明显,幅值较大时变化明显;均承受相同幅值竖向激励时变化与之相反。相同两拉索仅承受相同幅值轴向或竖向激励,向后扫频,调节一拉索阻尼,两拉索将基本保持同步振动;调节一拉索激励幅值,同/异步振动区间将近似线性变化。两激励组合类型和被激发模态不同且偶数阶不包含轴向激励时,两拉索承受相同两激励且初始相位均为0,调节一拉索一激励幅值,同/异步振动区间单调或出现更复杂的变化。(3)采用龙格库塔法对亚谐波、主共振激励同时存在时拉索的响应进行求解,通过FFT判断拉索可能的共振形式,在相同激励条件下采用ANSYS软件进行一定验证,结果基本吻合。通过拉索轨迹相邻3个点相关向量的叉乘符号判断空间运动方向,并对拉索的平面和空间运动状态进行了一定的研究。从数值积分法上证实了拉索面内主共振与组合共振同时存在,即拉索面内主要响应成分中,主共振响应频率等于主共振激励频率而组合共振响应频率等于亚谐波激励频率减去主共振激励频率。考虑面内、外模态耦合后,面内、外响应频率不一致,拉索空间运动轨迹方向出现了顺/逆时针的交替变化;主共振激励频率与亚谐波激励频率的1/2差异越大时,顺/逆时针的交替周期越小;两激励的幅值对顺/逆时针的交替周期影响不明显;拉索空间振动过程中,其轨迹椭圆的长、短轴长度和各自方向也在交替变化。

关键词：拉索瞬态索力同/异步交替振动顺/逆时针交替振动

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新型桥梁拉索套筒阻尼器设计与分析

新型桥梁拉索套筒阻尼器设计与分析

作者：赵洪伟大连海事大学

学位级别：硕士

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,... 详细信息

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。

关键词：索桥拉索振动控制套筒式阻尼器减振性能

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拉索线膨胀系数试验研究

建筑材料学报 2010年第5期13卷 626-631页

作者：陈志华刘占省天津大学建筑工程学院天津300072

推导了拉索线膨胀系数的测定公式;根据试验原理,研制了水域索线膨胀系数测定仪,验证了该仪器的精确性,并对钢丝绳、钢绞线、半平行钢丝束和钢拉杆4种索材进行了线膨胀系数测定;根据试验得到的拉索线膨胀系数,对预应力钢结构进行了温度... 详细信息

推导了拉索线膨胀系数的测定公式;根据试验原理,研制了水域索线膨胀系数测定仪,验证了该仪器的精确性,并对钢丝绳、钢绞线、半平行钢丝束和钢拉杆4种索材进行了线膨胀系数测定;根据试验得到的拉索线膨胀系数,对预应力钢结构进行了温度作用下的力学性能分析.结果表明:拉索为钢丝绳和半平行钢丝束时结构力学性能受温度的影响较大,而拉索为钢铰线和钢拉杆时则受温度的影响较小,结构设计时需考虑索材选取不同所造成的温度预应力损失影响.

关键词：拉索线膨胀系数水域线膨胀系数温度作用

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拉索-MR阻尼器系统的半主动控制试验

中国公路学报 2009年第4期22卷 72-77页

作者：禹见达陈政清王修勇孙洪鑫湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

采用将电压切换时间作为可变参数的基于位移延时反馈的改进Bang-Bang控制算法,利用dSPACE、MATLAB/Simulink、MR阻尼器和电流放大器等工具,建立了拉索-MR阻尼器系统的半主动控制试验平台。利用该试验平台对拉索系统进行了半主动控制试验... 详细信息

采用将电压切换时间作为可变参数的基于位移延时反馈的改进Bang-Bang控制算法,利用dSPACE、MATLAB/Simulink、MR阻尼器和电流放大器等工具,建立了拉索-MR阻尼器系统的半主动控制试验平台。利用该试验平台对拉索系统进行了半主动控制试验,研究了MR阻尼器的输入电压及切换时间等参数对拉索减振效果的影响。结果表明:对于拉索的前3阶模态振动,半主动控制时系统的等效模态阻尼比比相应的优化电压下的被动控制有不同程度的大幅提高;电压的切换时间显著地影响MR阻尼器对拉索的减振效果。

关键词：桥梁工程拉索改进Bang—Bang控制算法半主动控制 MR阻尼器

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拉索-阻尼器-弹簧系统的阻尼特性分析

工程力学 2014年第1期31卷 79-84页

作者：周海俊丁炜孙利民深圳大学土木工程学院深圳518060 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

该文研究得到了拉索-阻尼器-弹簧系统的复特征频率方程。在阻尼器和弹簧安装点距拉索锚固点长度与拉索长度之比远远小于1的假设条件下,得到了拉索-阻尼器-弹簧系统模态阻尼比的近似解析解,该近似解析解与数值计算得到的精确解对比吻合... 详细信息

该文研究得到了拉索-阻尼器-弹簧系统的复特征频率方程。在阻尼器和弹簧安装点距拉索锚固点长度与拉索长度之比远远小于1的假设条件下,得到了拉索-阻尼器-弹簧系统模态阻尼比的近似解析解,该近似解析解与数值计算得到的精确解对比吻合良好。当弹簧和阻尼器处于同一侧时将会减小拉索所能获得的最大模态阻尼值,而当阻尼器与弹簧在拉索两端时弹簧对阻尼的影响几乎可以忽略。当阻尼器仍处于拉索锚固点附近而弹簧位置向中间移动时由阻尼器引起的频率变化量仍是小量的条件下,得到了结合数值频率解的拉索-阻尼器-弹簧系统模态阻尼比近似解析式。此时拉索所能获得最大模态阻尼比、对应的最优阻尼系数、无量纲频率与弹簧位置、刚度之间存在明确的变化关系。该文研究成果对于拉索端部同时附加橡胶减振器和阻尼器、附加阻尼器的索网结构减振设计具有重要的参考价值。

关键词：拉索阻尼器弹簧模态阻尼比频率

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拉索应力波传播速度与能量衰减特性试验研究

同济大学学报（自然科学版） 2013年第11期41卷 1618-1622,1731页

作者：钱骥孙利民蒋永同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

通过在单根钢丝、无张力索及张拉索上进行不同声源的声发射试验,分别获得了应力波在不同传播介质中的首波波速、能量衰减规律及频谱变化情况.结果表明:单根钢丝上的首波波速接近圆杆一阶纵波理论值,拉索中的首波波速则略小于钢丝;索中... 详细信息

通过在单根钢丝、无张力索及张拉索上进行不同声源的声发射试验,分别获得了应力波在不同传播介质中的首波波速、能量衰减规律及频谱变化情况.结果表明:单根钢丝上的首波波速接近圆杆一阶纵波理论值,拉索中的首波波速则略小于钢丝;索中能量衰减,受张拉力影响,张紧的拉索能量衰减要远小于无张力索,实桥拉索可采用0.447这一实测能量衰减因子进行断丝源的能量反演.

关键词：声发射拉索断丝波速能量衰减因子

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拉索非线性振动问题求解及参数识别方法研究

土木工程学报 2009年第6期42卷 86-91页

作者：张清华冉志红卜一之李乔西南交通大学四川成都610031 云南大学云南昆明650091

基于拉索自振频率的解析表达式,提出拉索参数识别的新方法。在同时考虑垂度效应和刚度影响的情况下,拉索的振动问题属于非线性问题,求解较为困难。引入奇异摄动解法研究拉索非线性振动问题的求解方法,建立由关键参数表示的拉索自由振动... 详细信息

基于拉索自振频率的解析表达式,提出拉索参数识别的新方法。在同时考虑垂度效应和刚度影响的情况下,拉索的振动问题属于非线性问题,求解较为困难。引入奇异摄动解法研究拉索非线性振动问题的求解方法,建立由关键参数表示的拉索自由振动解析表达式,通过试验和数值仿真分析对其准确性、有效性及适用性进行系统验证。以上述研究为基础,对基于频率响应测试数据的拉索索力、线密度、长度以及抗弯刚度等关键参数的参数识别问题进行研究,提出拉索参数识别的新方法。研究表明,所获得的拉索自振频率解析表达式具有物理意义明确、精度高、计算简便等特点;所提出的参数识别方法无需建立拉索的有限元模型,具有精度和求解效率高、易于模块化嵌入测试系统等优点,能够根据拉索自振频率测试数据获取更符合实际情况的关键参数取值,从而为显著提高拉索索力测试及其动力特性分析的精度奠定基础。

关键词：拉索非线性振动奇异摄动解法参数识别

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拉索-并联弹簧-阻尼器系统的自由振动分析

力学学报 2013年第6期45卷 957-964页

作者：周海俊朱亚峰孙利民深圳大学广东省滨海土木工程耐久性重点实验室深圳518060 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

分析了拉索--并联弹簧--阻尼器系统的自由振动特性,由系统的运动方程及边界条件得到其复特征值方程.进一步研究了系统的极限解,由此讨论了拉索--并联弹簧--阻尼器系统的模态变化分区现象.以拉索--并联弹簧--阻尼器系统的二阶模态解为例... 详细信息

分析了拉索--并联弹簧--阻尼器系统的自由振动特性,由系统的运动方程及边界条件得到其复特征值方程.进一步研究了系统的极限解,由此讨论了拉索--并联弹簧--阻尼器系统的模态变化分区现象.以拉索--并联弹簧--阻尼器系统的二阶模态解为例,给出了模态频率和阻尼比的变化分布区间及其对应振型的变化情况.讨论了系统分区中存在的模态交叉现象;同时也讨论了斜拉索垂度对于一阶振动模态变化规律的影响.研究表明拉索--并联弹簧--阻尼器系统的振动模态演化因并联弹簧--阻尼器的位置不同而存在的明确的分区现象;安装并联弹簧和阻尼器后拉索的模态阻尼比和模态频率均可明显提高.

关键词：拉索阻尼器弹簧频率模态阻尼比

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拉索半精细化有限元模型及其敏感性分析

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2015年第B7期48卷 96-101页

作者：余玉洁陈志华王霄翔天津大学建筑工程学院天津300072

拉索是由钢丝通过一定方式绕捻组合而成,其力学性能是其组成钢丝性能以及相互间组合受力的综合体现.基于不同拉索的绞捻特性,提出拉索半精细化有限元模型,使用倾斜且旋转排列的短梁来模拟绕捻钢丝,并通过节点耦合的方式模拟钢丝之间的... 详细信息

拉索是由钢丝通过一定方式绕捻组合而成,其力学性能是其组成钢丝性能以及相互间组合受力的综合体现.基于不同拉索的绞捻特性,提出拉索半精细化有限元模型,使用倾斜且旋转排列的短梁来模拟绕捻钢丝,并通过节点耦合的方式模拟钢丝之间的相互作用关系.结果表明:该方法能够得到拉索的整体组合性能以及组成钢丝的内力分布,并且计算简单高效.在轴向力作用下,内部钢丝受力较大,越往外圈受力越小.基于有限元的概率计算和敏感性分析能够反映出钢丝材料不定性对于拉索整体机械性能的影响.

关键词：拉索绞捻特性半精细化有限元模型敏感性分析