斜拉索在近海風雨環(huán)境下振動的疲勞研究.pdf

1、隨著斜拉橋的快速發(fā)展，在其數(shù)量增加的同時，跨度也越來越大并且出現(xiàn)了更多的跨海大橋。斜拉索是斜拉橋的重要組成部分，因其柔性大、質(zhì)量輕、阻尼小，極易在風荷載作用下發(fā)生大幅振動，引起疲勞損傷，降低其使用壽命。本文主要研究了斜拉索在近海環(huán)境下的疲勞損傷以及MR阻尼器對斜拉索減振控制作用。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴使用諧波疊加法和線性濾波法來模擬空間點的脈動風速時程。模擬得到的順風向和豎風向脈動風速時程曲線都具有較好的隨機性，模擬功率譜與

2、目標功率譜之間的偏差程度較小。諧波疊加法是基于目標隨機過程的離散譜近似模擬，算法比較簡單實用，當模擬點數(shù)較多時，利用Fourier算法，計算速度將得到提高。⑵采用時域分析方法，研究斜拉索在脈動風荷載抖振響應(yīng)，并結(jié)合斜拉索的S-N曲線、Miner線性疲勞損傷準則和雨流計數(shù)法預(yù)測斜拉索的疲勞壽命。對影響斜拉索疲勞損傷的各項因素進行了計算分析，得出索直徑、索長、阻尼比、傾角及外界風載激勵與索疲勞壽命的關(guān)系。索徑和索傾角越大壽命越短;隨著阻尼比

3、的增大，拉索的壽命隨之增加;風速越大，拉索的壽命越短;拉索的拉索長度的變化對其疲勞壽命的影響顯著。通過對斜拉索無量綱化分析，可得出拉索的阻尼比、索長和外界風速是影響斜拉索疲勞壽命的重要因素。進而對斜拉索疲勞可靠度指標進行了測算。其值要遠小于目標可靠度指標，因此斜拉索在極端災(zāi)變氣候環(huán)境下的可靠度尚需有待提高。⑶通過各國規(guī)范的脈動風速功率譜的比較，考慮了平均風沿著高度的變化以及脈動風湍流強度、湍流積分尺度變化對斜拉索疲勞壽命的的影響，得出不

4、同規(guī)范風速譜對斜拉索的疲勞壽命有一定的影響，在一些跨國工程中需考慮不同國家規(guī)范的風速譜的影響。隨著地面粗糙度、模擬點離地高度的不斷增加，斜拉索的壽命在不斷變小。⑷應(yīng)用MR阻尼器，首先研究了在其被動控制下阻尼器的型號、安裝位置和電壓對拉索的疲勞壽命的影響。斜拉索的疲勞壽命隨著阻尼器型號、安裝位置、電壓的升高而提高。阻尼器的型號越大，斜拉索的減振效果不一定越好，存在一最優(yōu)的型號。阻尼器安裝位置越高、電壓越大，斜拉索的減振效果越好。其次研究了

5、其半主動控制算法，得出基于位移和速度方向和基于最優(yōu)控制力的半主動控制算法的減振效果非常理想，并且效果很穩(wěn)定。當阻尼器的型號、安裝位置和所施加的電壓在一定范圍變化時，斜拉索的壽命得到了有效的提高，保證了拉索在服務(wù)期限內(nèi)穩(wěn)定的工作性態(tài)。再次研究了阻尼器的疲勞損傷，通過分析可知，阻尼器鋼材不會發(fā)生疲勞破壞。但是，在阻尼器的長期使用過程中，活塞處有可能會發(fā)生漏油現(xiàn)象，橡膠材料也會在阻尼器的出力作用下發(fā)生疲勞破壞。最后在工程實例中進行了斜拉索在有