【摘 要】
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随着桥梁技术的发展和桥梁功能需求的不断增大,斜拉桥主跨不断增长。近年来,在超长斜拉索的斜拉桥上观测到高阶涡激共振的现象。传统粘滞阻尼器一般针对低阶风雨激振设计,难以同时有效控制高阶涡激共振,因此这给斜拉索传统的粘滞阻尼器设计带来了新的挑战。在传统的粘滞阻尼器(VD)中并联惯质单元,组成新的粘滞惯性质量阻尼器(VIMD),可提高阻尼器同时控制斜拉索低阶风雨激振和高阶涡激共振的能力。本文以苏通长江大桥
【基金项目】
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国家重点研发计划(2017YFC0703600;2017YFC0703604);
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随着桥梁技术的发展和桥梁功能需求的不断增大,斜拉桥主跨不断增长。近年来,在超长斜拉索的斜拉桥上观测到高阶涡激共振的现象。传统粘滞阻尼器一般针对低阶风雨激振设计,难以同时有效控制高阶涡激共振,因此这给斜拉索传统的粘滞阻尼器设计带来了新的挑战。在传统的粘滞阻尼器(VD)中并联惯质单元,组成新的粘滞惯性质量阻尼器(VIMD),可提高阻尼器同时控制斜拉索低阶风雨激振和高阶涡激共振的能力。本文以苏通长江大桥A30号索为工程背景,采用张紧弦模型以及考虑垂度效应的斜拉索三维连续模型,对VIMD的减振效果以及影响其减振效果的因素进行了分析,主要内容如下:(1)采用张紧弦模型,进行了斜拉索-VIMD体系的自由振动分析,研究了VIMD对斜拉索的减振效果。首先介绍了VIMD的组成以及减振机制,然后通过有限差分法对斜拉索-VIMD体系自由振动的微分方程进行数值求解。研究了VIMD安装位置以及惯性质量大小对斜拉索-VIMD模型最优无量纲阻尼比的影响,并将数值求解方法与解析求解方法进行对比。同时分析了惯性质量大小对系统频率的影响。最后给出了斜拉索-VIMD体系各阶模态达到最优阻尼比所需的最优惯性质量。研究表明:在传统粘滞阻尼器中并联惯质单元,可显著提高各阶模态的系统阻尼比,非常有利于减振;各阶模态达到最优阻尼比所需的惯性质量大小不同。(2)研究了多种参数对VIMD减振效果的影响。首先利用张紧弦模型,通过建立带刚度的斜拉索-VIMD系统模型,研究了支架刚度和阻尼器内刚度对斜拉索-VIMD系统减振效果的影响,然后通过斜拉索三自由度模型,研究了斜拉索倾角以及垂度对三维斜拉索-VIMD系统减振效果的影响,以及垂度对系统频率的影响;最后分析了三维斜拉索-VIMD模型在不同垂度下达到系统最优阻尼比的最优惯性质量。研究结果表明:斜拉索-VIMD系统支架的模态阻尼比随支架刚度的减小而急剧减小,同时阻尼器内刚度也会降低VIMD的减振效果,同时垂度越大,会降低斜拉索-VIMD系统第一阶模态的系统阻尼比和动力特性。(3)研究了VIMD对斜拉索风雨激振的减振效果。研究表明:当VIMD增加较小的惯性质量时,能很好的控制住斜拉索的风雨激振现象;在需要同时控制拉索多种振动类型时,VIMD相比VD更有优势。
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