大跨度橋梁的風(fēng)致振動(dòng)分析與被動(dòng).pdf

1、橋梁技術(shù)的突飛猛進(jìn)使得橋梁的跨越能力不斷增強(qiáng)，導(dǎo)致橋梁的剛度不斷下降，體現(xiàn)出柔性結(jié)構(gòu)特征。1940年Tacoma大橋的垮塌使得風(fēng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的作用走進(jìn)橋梁工程技術(shù)人員的視野，眾多學(xué)者對(duì)橋梁風(fēng)致振動(dòng)進(jìn)行了相關(guān)研究，基本上得到了各種風(fēng)致振動(dòng)機(jī)理。時(shí)至今日，風(fēng)致振動(dòng)對(duì)大跨度橋梁的影響無論是在建設(shè)階段還是在運(yùn)營(yíng)階段都已不容忽視。同時(shí)，風(fēng)致振動(dòng)也是限制橋梁跨度進(jìn)一步增加的重要制約因素。
　　 本文從風(fēng)致振動(dòng)以及控制的研究現(xiàn)狀出發(fā)，在總結(jié)和吸

2、收國(guó)內(nèi)外前人研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)大跨度橋梁的風(fēng)致振動(dòng)以及被動(dòng)控制加以研究，給出了大跨度橋梁風(fēng)致振動(dòng)的頻域分析方法和時(shí)域分析方法，并使用多種TMD 裝置對(duì)風(fēng)致振動(dòng)的被動(dòng)控制的原理、效果以及參數(shù)加以研究，且均編制程序加以實(shí)現(xiàn)。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 （1）分析了橋梁結(jié)構(gòu)在非線性靜力荷載作用下橋梁成橋狀態(tài)。介紹了懸索橋成橋狀態(tài)分析的解析法和有限元法、斜拉橋成橋狀態(tài)和索力優(yōu)化，分析了大跨度橋梁靜風(fēng)穩(wěn)定問題。利用增量與內(nèi)外兩重迭代

3、法分別計(jì)算了兩座橋梁的靜風(fēng)失穩(wěn)的臨界風(fēng)速，以此靜力計(jì)算結(jié)果作為模態(tài)分析的基礎(chǔ)。
　　 （2）分析了頻域范圍內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)的顫振。詳細(xì)介紹以有限模態(tài)為基礎(chǔ)的多種多模態(tài)分析方法中的多模態(tài)顫振自動(dòng)分析法，并以具有理想平板截面的簡(jiǎn)支梁和某在建長(zhǎng)江公路懸索橋?yàn)槔褂迷摲椒ǚ治隽祟澱癜l(fā)生的規(guī)律和形態(tài)。
　　 （3）分析了頻域范圍內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)的抖振。利用計(jì)算速度較快的虛擬激勵(lì)法（PEM）對(duì)大跨度橋梁進(jìn)行了抖振分析過程加以推導(dǎo)，在其中使用更

4、為精確的橋梁結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)等效氣動(dòng)抖振力公式，并與較為精確的大跨度橋梁抖振分析的CQC 方法進(jìn)行比較。以具有理想平板截面的簡(jiǎn)支梁和某在建長(zhǎng)江公路懸索橋作為數(shù)值算例進(jìn)行了驗(yàn)證分析。
　　 （4）分析了時(shí)域范圍內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動(dòng)問題。結(jié)合大跨度橋梁的結(jié)構(gòu)非線性靜力計(jì)算結(jié)果，分析大跨度橋梁的顫振以及顫抖振在時(shí)域內(nèi)的分析手法。介紹了時(shí)域內(nèi)自激力和脈動(dòng)風(fēng)速的模擬方法。對(duì)原結(jié)構(gòu)的有限元模型疊加自激力生成的氣動(dòng)剛度、阻尼和質(zhì)量，將自激力中的時(shí)間歷

5、程項(xiàng)和抖振力作為外部荷載加入有限元模型。使用ANSYS 實(shí)現(xiàn)了顫抖振統(tǒng)一時(shí)程分析。
　　 （5）利用TMD 研究了大跨度橋梁的被動(dòng)控制問題。結(jié)合風(fēng)致振動(dòng)的頻域計(jì)算結(jié)果，分析大跨度橋梁的顫振以及顫抖振的被動(dòng)控制方法，研究了被動(dòng)控制參數(shù)的設(shè)定問題。以TMD為代表，介紹了被動(dòng)控制的基本理論，推導(dǎo)了STMD、DTMD 這兩種TMD 設(shè)備的控制原理以及與結(jié)構(gòu)共同運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力微分方程。研究大跨度橋梁顫振和考慮自激力的抖振的TMD控制問題，并分