车辆—柔性索道桥非线性动力分析与振动控制研究

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索道桥目前广泛应用于旅游景点、临时工程和军事交通等工程中,车辆荷载作用下索道桥的振动问题引起了重视。车辆—索道桥系统本质上是一个时变动力系统,在移动车辆荷载的作用下索道桥自身会表现出强几何非线性,因此车辆—柔性索道桥系统不但具有时变性,还具有强几何非线性。然而,目前关于车辆—索道桥耦合振动的研究鲜少。本文以一座实际公路索道桥为工程背景,开展了车辆—柔性索道桥非线性动力分析与振动控制研究,主要研究工作如下:1)提出了一种用于车辆—柔性索道桥系统动力分析的非线性有限元分析法。将车辆和索道桥作为一个整体式系统,基于UL列式和虚功原理,建立车辆—柔性索道桥系统增量形式的非线性运动方程。在增量方程中,对车辆子系统、索道桥子系统和车—桥相互作用子系统的特征矩阵进行了详细的推导。由于车辆—柔性索道桥动力系统与传统非线性结构有较大不同,因此本文对该系统的非线性特征进行了详细的剖析。基于此特殊性,根据Wilson—θ法联合Newton—Raphson迭代法,提出了一种求解时变非线性系统动力响应的迭代算法和针对车辆—柔性索道桥系统动力分析的通用计算程序。采用三个典型的算例对该方法的有效性进行了验证,并分析了非线性对车辆—柔性索道桥时变系统的影响。2)提出了一种基于电涡流调谐质量阻尼器的车辆—柔性索道桥系统振动控制方法。根据电涡流阻尼力产生方式的不同提出两种减振装置,根据索道桥自身的模态振型和固有频率,设定电涡流调谐质量阻尼器的各项参数及布置方案,并计算相应的电涡流阻尼力。在此基础之上,建立车辆—柔性索道桥—电涡流调谐质量阻尼器系统的非线性增量运动方程及数值分析模型。利用两个数值算例验证、对比两种装置的减振效果,并通过参数优化分析,得到该减振装置对车辆—柔性索道桥非线性系统振动控制的优化策略。3)提出了一种基于基准数值模型的索道桥桥梁评估方法。根据某工程用索道桥设计参数建立车辆—柔性索道桥初始数值模型,并利用桥梁静载试验和环境振动试验数据对该初始数值模型进行修正。得到基准数值模型后,采用动载试验数据对该基准模型进行进一步的验证。最后利用该基准数值模型对索道桥进行桥梁评估,包括索道桥在重载货车和多辆小客车作用下的多项评估。所提出的评估方法和评估结果可为分析类似的桥梁结构提供借鉴和参考。
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