大跨多塔斜拉橋風(fēng)致抖振AMD控制研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，跨江和跨海大橋的規(guī)劃和建設(shè)漸入高潮。多塔斜拉橋力學(xué)性能優(yōu)越，結(jié)構(gòu)輕巧，造型美觀，受到工程師的青睞。大跨多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)輕柔，在風(fēng)荷載作用下會(huì)產(chǎn)生大幅度的振動(dòng)，結(jié)構(gòu)的抖振問題較為突出。抖振雖然不會(huì)引起結(jié)構(gòu)災(zāi)難性的破壞，但抖振發(fā)生的風(fēng)速低、頻率高，過大的抖振響應(yīng)可能影響行人、行車的安全性和舒適性以及引起構(gòu)件疲勞破壞。本文采用主動(dòng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（AMD）控制大跨多塔斜拉橋的抖振響應(yīng)，分析了AMD布置位置和參數(shù)變化對(duì)控制效

2、果的影響，并討論了AMD控制系統(tǒng)的魯棒性。本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下。
　　(1)采用有限元軟件ANSYS對(duì)嘉紹大橋進(jìn)行動(dòng)力特性分析。嘉紹大橋主梁的豎向振型、橫橋向振型和扭轉(zhuǎn)振型分別首次出現(xiàn)在1階、21階和43階，說明主梁的豎向剛度比橫橋向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度小得多;橋塔順橋向振型和主梁豎向振型相互耦合，橋塔首先出現(xiàn)順橋向振型。
　　(2)運(yùn)用諧波合成法數(shù)值模擬嘉紹大橋的三維脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)，并對(duì)模擬的脈動(dòng)風(fēng)速進(jìn)行了檢驗(yàn)。分析表明，模擬的

3、脈動(dòng)風(fēng)速的功率譜和目標(biāo)功率譜較為吻合;且模擬脈動(dòng)風(fēng)速的互功率譜和目標(biāo)互功率譜的大體趨勢(shì)是一致的，說明模擬的脈動(dòng)風(fēng)速間具有一定的相關(guān)性。
　　(3)將脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程進(jìn)行處理，得到風(fēng)荷載時(shí)域化模型，然后進(jìn)行抖振響應(yīng)非線性時(shí)程分析，分析嘉紹大橋抖振響應(yīng)特點(diǎn)。研究表明，主梁豎向抖振位移遠(yuǎn)大于橫橋向抖振位移和扭轉(zhuǎn)抖振位移，橫橋向抖振位移大于扭轉(zhuǎn)抖振位移。對(duì)豎向抖振位移，中間跨跨中的位移遠(yuǎn)大于邊跨的位移;對(duì)橫橋向抖振位移，中跨的位移比其他跨的大

4、得多;對(duì)扭轉(zhuǎn)抖振位移，中間跨跨中的位移遠(yuǎn)比邊跨的大。另一方面，橋塔順橋向抖振響應(yīng)遠(yuǎn)大于橫橋向抖振響應(yīng)。對(duì)橋塔抖振位移，中間塔的抖振位移較邊塔的大。對(duì)塔底順橋向抖振內(nèi)力，次中塔比其他塔大得多;對(duì)塔橋面高度處順橋向抖振內(nèi)力，中塔較其他塔大。另外，中間塔的橫橋向抖振內(nèi)力比邊塔的大。
　　(4)將ANSYS有限元模型轉(zhuǎn)化為評(píng)估模型，然后從動(dòng)力特性、抖振響應(yīng)和TMD控制效果三方面驗(yàn)證評(píng)估模型的精度，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了AMD控制系統(tǒng)。分析指出

5、，評(píng)估模型具有足夠的精度，能夠用于研究。
　　(5)在主梁和橋塔上布置AMD，保持AMD總質(zhì)量不變，研究AMD布置位置對(duì)控制效果的影響。對(duì)主梁，AMD布置在中跨的控制效果最好，次中跨次之，次邊跨最差;在多個(gè)橋跨布置AMD時(shí)，AMD越集中于中跨，控制效果越好。對(duì)橋塔，AMD布置在中塔的控制效果最好，次中塔次之，邊塔最差;在多個(gè)橋塔布置AMD時(shí)，AMD越集中于中塔，控制效果越好。與主梁AMD相比，橋塔AMD的控制效果要差一些，但橋塔A

6、MD對(duì)塔底剪力的減振效果優(yōu)于主梁AMD。而全橋AMD的控制效果介于主梁AMD和橋塔AMD之間，且其作動(dòng)器控制力比主梁AMD和橋塔AMD的都要小。
　　(6)針對(duì)AMD的質(zhì)量比和控制參數(shù)，研究AMD控制系統(tǒng)的參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響。對(duì)AMD質(zhì)量比，隨著質(zhì)量比的增大，結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng)開始減小很快，然后趨于平緩;而減振率的變化趨勢(shì)與之相反。對(duì)控制參數(shù)β，隨著β的增大，結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng)開始增加很快，然后趨于平緩;而作動(dòng)器控制力、行程以及減振率的