基于冲击调谐质量阻尼器的大跨连续梁桥减振研究

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连续梁桥因为其良好的跨越性能,接缝少,行车平顺,被广泛应用于公路、铁路以及城市道路中。随着连续梁桥的跨径不断提高,对桥梁的减振提出了更高的要求,因此研究大跨径连续梁桥的振动控制很有必要。本文针对大跨径连续梁桥在地震以及车辆荷载作用下振动问题,以大跨连续梁桥为工程背景,在前人研究的基础上改进设计了冲击调谐质量阻尼器(PTMD),通过对试验梁-PTMD控制试验和数值模拟作为先导研究,验证了PTMD数值分析模型,分析了PTMD的减振控制性能。在此基础之上,建立了大跨连续梁桥动力分析模型,对PTMD设计参数进行了优化。随后,分析了横桥向地震荷载作用下,PTMD对大跨连续梁桥的减振效果;研究了竖向车辆荷载作用下,PTMD对大跨连续梁桥振动控制效果。论文的主要工作以及研究成果如下:1.介绍了PTMD的减振原理,比较了其和调谐质量阻尼器(TMD)原理的区别与联系。对常用的几种碰撞力模型进行了详细的介绍,比较了几种碰撞模型的适用范围以及优缺点,确定了PTMD计算模型,为地震-桥-PTMD耦合运动方程和车-桥-PTMD耦合运动方程的建立做好了理论准备。阐述了粘弹性材料的耗能机理及粘弹性材料本构模型,为后文粘弹性材料本构的选择做了准备。2.设计制作了PTMD模型及试验梁,将模型试验作为先导研究。对有无PTMD的试验梁分别施加冲击荷载激励,实验结果对比表明,PTMD对速度峰值的减振率达到了21%。随后,基于LS-DYNA建立了PTMD数值分析模型,对试验模型进行了数值模拟计算,计算结果和试验结果符合较好,验证了数值模型的准确性,为后文的计算提供了依据。3.建立了桥-PTMD耦合系统模型,计算了PTMD不同参数对于减振效果的影响,优化了PTMD的设计参数,将PTMD参数应用到后文地震荷载及车辆荷载作用下的桥梁振动控制计算中。4.建立了地震作用下桥-PTMD系统的运动方程,选取了典型地震波来进行横桥向地震激励,以跨中位移、跨中速度、墩底弯矩和墩底剪力为指标评价了PTMD的减振效果。5.基于精细化车辆有限元模型,建立了车-桥-PTMD耦合作用分析模型,研究了大跨连续梁桥在移动车辆荷载作用下的动力响应,计算结果表明PTMD在移动车辆荷载作用下降低了桥梁的竖向振动;比较了在有无PTMD桥梁行车时车辆的振动响应,结果表明,车辆在有PTMD桥梁行车更加平顺。
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