拉索結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制及受力分析.pdf

1、拉索結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制及受力分析VIBRATIONCONTROLANDMECHANICSANALYSISOFCABLESTRUCTURE博士后姓名鄔醅華流動(dòng)站(一級(jí)學(xué)科)名稱同濟(jì)大學(xué)土木工程專業(yè)(二級(jí)學(xué)科)名稱結(jié)構(gòu)工程合作教授陳以一研究工作起始時(shí)間2004年4月11日研究工作期滿時(shí)間2006年4月11日同濟(jì)大學(xué)(上海)2006年4月_I簟、●0同濟(jì)大學(xué)鄔豁華博士后出站報(bào)告拉索結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制及受力分析考察了MR阻尼器型號(hào)、安裝位置、斜拉索基頻

2、(張力、索長(zhǎng)、質(zhì)量)、激勵(lì)荷載(類型、頻率、大小)等各種因素對(duì)MR阻尼器半主動(dòng)制振效果的影響。研究表明MR阻尼器型號(hào)在合適的范圍內(nèi)對(duì)斜拉索半主動(dòng)控制的減振效果優(yōu)于最優(yōu)的被動(dòng)控制、優(yōu)于最優(yōu)的粘性油阻尼器，但弱于理想的半主動(dòng)可變阻尼器減振性能。對(duì)長(zhǎng)索亦能取得較好的減振效果。在基于位移和速度方向的半主動(dòng)控制算法控制下MR阻尼器的最優(yōu)型號(hào)與被動(dòng)控制的最優(yōu)型號(hào)接近。該算法在現(xiàn)場(chǎng)中只需在阻尼器處設(shè)置一個(gè)觀測(cè)器就能完成實(shí)時(shí)控制，算法簡(jiǎn)單，易于操作，安

3、全可靠，魯棒性好，制振頻域?qū)拸V。在試驗(yàn)和理論研究的基礎(chǔ)上開發(fā)出斜拉索振動(dòng)控制分析軟件MRCONTROL。該軟件能完成MR阻尼器作為被動(dòng)控制和在上述各種半主動(dòng)控制算法下的分析計(jì)算，可與粘性油阻尼器的控制效果進(jìn)行比較。通過(guò)MATLAB軟件轉(zhuǎn)化，可以在控制試驗(yàn)設(shè)備DsPACE系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)控制。采用有限元數(shù)值的方法，建立了預(yù)應(yīng)力I字鋼梁配置直線型拉索的簡(jiǎn)支、單跨計(jì)算模型。通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼梁與其普通鋼梁位移、應(yīng)力的比較來(lái)反映預(yù)應(yīng)力的效用，探討

4、了張力系數(shù)、梁高跨比、索偏心距跨度比、梁索剛度比、梁上下翼緣面積比等設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)靜力性能的影響，分析了普通鋼梁在截面不變施加預(yù)應(yīng)力的可行性、采用預(yù)應(yīng)力鋼梁后截面的優(yōu)化和梁高減小的可能性，從而為預(yù)應(yīng)力鋼梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的參考作用。針對(duì)一大跨張弦梁鋼結(jié)構(gòu)工程建立了考慮樓板面內(nèi)彈性變形、鋼屋蓋桿件偏心交匯、上弦鋼梁形心主軸變化等因素的高精度有限元空間質(zhì)點(diǎn)系計(jì)算模型，進(jìn)行了采用BlockLanczos求解技術(shù)的模態(tài)分析和單點(diǎn)加速度響應(yīng)譜分

5、析。通過(guò)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)和純鋼屋蓋的兩種計(jì)算模型的自振周期、振型、模態(tài)系數(shù)、有效質(zhì)量等的比較，表明本工程結(jié)構(gòu)方案合理。各階模態(tài)以平動(dòng)為主，通過(guò)支撐構(gòu)件的調(diào)整，可以減少扭轉(zhuǎn)的成分，滿足設(shè)計(jì)的要求。純鋼屋蓋計(jì)算模型在僅考慮低階振型參與時(shí)作為整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的計(jì)算模型。對(duì)于大跨鋼結(jié)構(gòu)采用振型分解反應(yīng)譜法時(shí)，某些高階振型不可忽略。同時(shí)還采用線性和非線性屈曲兩種分析方法進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算。使用修正的NewtonRaphson迭代增量解法，按弧長(zhǎng)法來(lái)控制荷載的

6、增量，保證非線性屈曲問(wèn)題的收斂。考察了屋面活載最不利布置、屋面支撐布置、初始缺陷形態(tài)、最大缺陷計(jì)算值、殘余應(yīng)力、材料本構(gòu)關(guān)系、側(cè)向水平力等因素對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明在有較大初始缺陷(偏心)時(shí)，線性屈曲所得的穩(wěn)定系數(shù)不具有真實(shí)性。在兩種屈曲的分析方法中應(yīng)優(yōu)先采用非線性法。通過(guò)加強(qiáng)張弦梁中跨分叉點(diǎn)和Y形柱等重要受力構(gòu)件可以提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)；同時(shí)需關(guān)注誘發(fā)最低階屈曲模態(tài)發(fā)生的各荷載單工況和施工制作安裝誤差。關(guān)鍵詞：斜拉索；MR阻尼器；振