钢绞线斜拉索与平行钢丝斜拉索阻尼减振研究

钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索构造不同,引起风致振动特性和减振需求也不同。为给斜拉索振动控制设计提供依据,对比国内外规范中关于斜拉索阻尼减振指标的规定,分析不同参数对钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索减振指标的影响,以2座典型桥梁为背景,对比分析钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索的阻尼减振措施。结果表明：《斜拉索外置式黏滞阻尼器》(JT/T 1038—2016)和欧洲规范CIP-2002、FIB-2005采用特定阻尼对数衰减率δ控制斜拉索风雨振,而美国规范PTI-2018采用质量阻尼参数S_c≥10控制斜拉索风雨振,质量阻尼参数考虑因素全面、科学,推荐使用;为了保证斜拉索的减振安全,建议阻尼减振同时满足国内外多个现行规范,平行钢丝斜拉索采用δ≥3%作为阻尼减振指标,钢绞线斜拉索的阻尼减振指标建议按照PTI-2018根据索的参数和气动措施情况进行选择;博斯普鲁斯海峡三桥钢绞线斜拉索阻尼器尺寸偏大,安装阻尼器后斜拉索的面内阻尼对数衰减率为4%和6%,可满足低阶大幅振动控制要求;沪苏通长江公铁大桥平行钢丝斜拉索振动模态丰富,采用2种阻尼器协同减振,实现多模态振动控制,控制中、低阶大幅振...     

斜拉索-阻尼器系统空间布置减振方法

针对目前长索的振动控制及斜拉索的面外振动控制减振效果不理想的现状,提出一种新的减振方法——斜拉索-阻尼器系统空间布置减振方法。该方法为每3根斜拉索1组,按三角形空间布置,两两连接阻尼器,阻尼器安装方便,可对每一根斜拉索实现任意方向上的振动控制。为验证其减振效果采用零阶优化法对斜拉索参数进行设计,并建立斜拉索-阻尼器体系算例模型,与原索模型、无索间连接的三索模型进行对比。结果表明,采用斜拉索-阻尼器系统的三索空间布置,斜拉索的振动幅度、振动频率均受到显著抑制,对斜拉索面内外振动可给予有效控制。     

基于混杂系统的斜拉索振动控制参数分析

结合斜拉索振动与混杂系统特点,推导并建立斜拉索振动控制系统的MLD模型。以琼州海峡大桥中几根典型斜拉索为研究对象,利用所建立的MLD模型,对阻尼器安装在3种不同位置时的风振控制参数进行分析,研究斜拉索和阻尼器的相应变化。对建立的控制系统与传统半主动控制分段线性控制系统之间的计算效率进行对比,并分析原因。     

基于改进尾流振子模型的超长拉索涡激振动特性数值研究

为了研究大跨度斜拉桥超长拉索在不同流场特性下的高阶多模态涡激振动问题，以牛顿定律为基础，建立了考虑张力变化以及垂度效应的拉索结构振子方程，引入改进的Van Der Pol式尾流振子模型，以加速度耦合两非线性振子，提出了一种简便的拉索涡激振动流固耦合预报模型；采用二阶中心差分法，对两振子方程在空间域和时间域进行离散迭代求解，编制了拉索涡激振动的MATLAB计算程序，并验证了其可靠性。该方法为研究拉索涡激振动提供了一种新思路，可解决风洞试验和数值软件（CFD）不便模拟大长细比拉索结构的问题。基于提出的预报模型，以1根330 m超长拉索为研究对象，分析了拉索多模态涡激振动特性，探讨了不同流场特性对拉索涡激振动的影响。研究结果表明：均匀流作用下，拉索发生涡激锁定现象，以单一模态发生振动，随着风速的增加，拉索涡激锁定区间增大而最大振幅不发生改变；剪切流作用下，拉索发生多模态涡激振动，位移响应呈现"拍"的特点，振动频率分布在Strouhal涡脱频率范围内，存在2个或3个主导频率，主导频率全程参与振动，非主导频率间歇参与振动；拉索多模态涡激振动位移响应表现为行波-驻波并存的状态，随着风剖面指数的增加，涡激振动行波效应显著。     

隔振系统对斜拉索振动的控制研究

风雨激励下斜拉索的振动对斜拉桥会造成严重的影响,在外部附加阻尼器是一种用来抑制较短斜拉索振动的有效手段。然而,对于较长斜拉索,出于美观要求,阻尼器需要设置在斜拉索的底部,附加阻尼器难以发挥作用。提出一种新的斜拉索隔振系统来减轻斜拉索的振动。隔振系统由隔层橡胶垫块和1个内置阻尼器组成,可安装在斜拉索的锚固端。用具有初应变的单元来表征斜拉索,建立了一个简单的斜拉索-阻尼器系统分析模型,通过计算得到隔振系统下斜拉索的响应,并与设置、未设置外部被动阻尼器时的斜拉索进行了比较。对比显示,提出的斜拉索隔振系统比最优状况下的被动阻尼器减振效果要好,具有更广泛的适用性。     

MR阻尼器对斜拉索减振控制的数值仿真

为控制斜拉索的大幅振动,在Hamilton原理基础上应用Galerkin法建立了斜拉索振动控制的计算模型。通过改进形函数,采用四阶五级RK算法对钱江三桥南岸154 m长的斜拉索进行了现场试验的数值仿真。磁流变(MR)阻尼器力学关系采用由室内试验结果回归的非线性滞回双粘性数学模型,系统等效阻尼比通过希尔伯特变换识别。分析表明:数值仿真对现场试验具有很好的指导作用,同时能进一步验证现场试验的结果。MR阻尼器作为被动控制器件时制振效果明显,与最优油阻尼器控制效果相当且控制的频域范围要比油阻尼器的广;当供电失效时也可满足斜拉索减振的要求。斜拉索的各阶共振峰频率在安装MR阻尼器后略微增大。MR阻尼器在施加一合适的电压时可以发挥最佳的制振效果。     

大跨度斜拉桥斜拉索阻尼减振技术研究进展

斜拉索振动机理复杂且危害严重,需要采取附加阻尼技术抑制斜拉索的振动,对斜拉索的振动特性和阻尼器的减振机理进行研究总结。首先计算34座斜拉桥最长索的Scruton数,与已有的理论分析、风洞试验结果进行对比分析,并采用工程实践结论进行验证,确定了斜拉索可能发生的涡激振动、风雨振、参数共振和内共振、尾流驰振等各自对应的抑振目标阻尼参数;然后对常见阻尼器的阻尼作用机理、位移传递形式、耐久性分别进行对比分析,提出各种阻尼器的适用范围,并从作用机理和试验验证两方面重点介绍了杠杆质量阻尼器的减振效率的优越性;最后提出斜拉索阻尼减振技术进一步的研究方向。     

沪苏通长江公铁大桥主航道桥斜拉索振动控制技术

沪苏通长江公铁大桥主航道桥为主跨1 092m的公铁两用钢桁梁斜拉桥,斜拉索最长达576.193m、重达83.5t。针对该桥斜拉索超长、超重的特点,施工期和运营期分别采用临时阻尼减振装置和永久附加阻尼减振装置来抑制斜拉索振动。施工期斜拉索临时阻尼减振装置通过在传统钢丝绳措施上串联1个阻尼模块,适应不同施工阶段斜拉索的状态变化,并控制斜拉索施工期的振动。运营期采用新型电涡流杠杆质量阻尼器(ELMD),利用电涡流阻尼器控制斜拉索面内振动、油阻尼器控制斜拉索面外振动,并进行实桥试验验证。结果表明:斜拉索的阻尼对数衰减率达7%,满足斜拉索阻尼减振要求;ELMD阻尼器安装后,风荷载激励下的振幅从2.15g降低至0.04g,共振主频消失、减振效果明显。     

风、列车作用下大跨度斜拉桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥在随机风、列车动力作用下索-梁相关振动导致的拉索振动状态,开发三维空间非线性有限元动力计算程序、列车动力学模型、风场模拟算法,以实际斜拉桥为研究对象,建立全桥三维有限元计算模型进行详细的计算分析。首先,分别使用拉索不分段与分段的全桥模型进行模态计算,讨论拉索局部振动特性与全桥振动特性之间的关系。然后,计算在简谐外激励作用下斜拉桥全桥的非线性振动时程,对比单根拉索在端部位移激励下的非线性振动特性与全桥结构中拉索发生大幅索-梁相关振动之间的差别,依据非线性振动理论,讨论实际斜拉桥中拉索发生索-梁相关振动的共振条件。最后,使用拉索分段的斜拉桥全桥模型,研究在三维空间中,风场动力作用、列车动力作用、风-列车-桥梁耦合动力作用在各个工况下对斜拉桥全桥索-梁相关振动的影响。研究结果表明：对于大跨度铁路斜拉桥,在实际日常运营状态下,风和列车的作用不会使结构进入非线性振动状态;单独的风或列车动力作用不会使拉索达到索-梁相关振动的共振条件;风-列车-桥梁耦合动力作用下拉索振动相对单独的风、列车作用更为明显,但也不会使拉索达到索-梁相关振动的共振条件。     

斜拉桥斜拉索减振的试验研究

采用比例模型和油阻尼器，对斜拉桥中采用油阻尼器的斜拉索的减振问题进行了试验研究。通过一系列自由振劝试验，测量了由于油阻尼器增加的索模态阻尼比，讨论了增加的模态阻尼比与阻尼器阻尼系数之间的关系。对斜拉索－－油阻尼器系统进行了谐和平面激励，考察了系统的线性和非线性动力特性。自由振动试验证实了理论预测，即当达到最大模态阻尼比时，阻尼器存在一个最佳阻尼值。自由振动试验也证明了理论结果，即由于频率避让，索垂