大跨桥梁吊杆减振的两种被动式阻尼器研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:cyalil
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吊杆是大跨度桥梁中最脆弱的部件之一,其在正常服役状态下的持续的振动响应会引起疲劳累计甚至导致构件损坏;以往的研究表明,在极端天气下吊杆可能发生的大幅振动,会对桥梁结构和交通安全构成威胁。到目前为止,垂直吊杆的减震研究还较为有限,但近年来逐渐引起学者和工程师们的重视。本研究着眼于大跨桥梁细柔吊杆的振动控制,研究了使用两种被动控制手段对其实现减振:环形调谐液体阻尼器与摆式调谐质量阻尼器,并给出了相应的设计方法、模拟与实验验证,并对其模拟结果进行了对比。本文主要研究内容如下:(1)本文中提出了运用于吊杆减振的环形调谐液体阻尼器(RSTLD)。基于SIMULINK对吊杆-阻尼器体系分别进行了正弦荷载与白噪声荷载激励下的数值模拟,研究了阻尼器尺寸等参数的优化设计方法,探讨了阻尼器尺寸与其阻尼比对减振效果的影响,并给出了该方法适用的吊杆频率范围。选取大连星海湾跨海大桥的一根长度为61.55m的吊杆作为现场实验研究对象,对RSTLD的控制效果进行验证。加工了考虑不同质量比和充填液体(分别为水与甲基硅油)的两个RSTLD进行实验,采集了安装阻尼器吊杆的响应与没有安装阻尼器的在另一吊杆平面上的对称吊杆的响应进行对照,用于在受控和非受控情况之间进行比较。实验结果表明,当液体为水且质量比为3%时,安装RSTLD后吊杆中点的加速度方差和最大加速度分别降低约50%和20%~30%。当充填甲基硅油的质量比为1%时,加速度方差和最大加速度分别降低约30%和20%。实验中的振动控制效果接近于模拟中的效果。在一定范围内,如果调整更大的液体粘滞阻尼比或更大的质量比,则振动控制效果将增加。(2)提出了一种四线摆式的摆式调谐质量阻尼器(PTMD)。文章中探讨了所提出的PTMD的运动机理,四线悬吊摆运动中的摆长变化和其在大摆角下的非线性对悬吊摆周期的影响;并且探究了其在不同的荷载幅值下的摆动幅度情况;通过模拟探讨了质量比和摆长等因素对控制效果的影响;提出的PTMD对于吊杆的位移和速度具有良好的控制效果,相同的质量比下优于环形调谐液体阻尼器,但对于吊杆加速度的控制效果有限。该研究提出的两种阻尼器对于桥梁吊杆所有方向的振动均具有良好的减振效果,可减轻在恶劣的外部环境下桥梁结构承受的反复的大小和方向不断变化的动力荷载对桥梁吊杆的安全服役造成的负面影响,其研究成果或将在工程上取得重要的应用并对于提高细柔构件服役寿命以及减轻维护吊杆的负担有积极的意义。
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