斜拉索-辅助索索网体系动力特性和减振研究

摘要

随着经济发展和科学的进步，桥梁朝着大跨度方向发展，斜拉桥在现代交通体系中起着日益重要的作用，而斜拉索则是斜拉桥中最主要的受力构件。由于斜拉索具有质量轻、阻尼低、柔度大等特点，极易在外界的激励下产生各种类型的有害振动。斜拉索的振动会引起拉索锚固端的疲劳损伤甚至破坏，从而影响桥梁的正常使用，因此如何有效的对斜拉索的振动进行控制是桥梁动力学目前最重要的课题之一。斜拉索常用的制振措施有:传统的气动措施、设置集中阻尼器、设置辅助索。辅助索将斜拉索分成若干段，从而提高了斜拉索刚度。同时将空间结构上独立的斜拉索连接形成索网体系，提高了索面的整体刚度。设置辅助索不能提高索网体系的耗能能力，制振效果仍受一定限制。在辅助索端或辅助索与斜拉索连接处安装集中阻尼能提高索网体系的阻尼，从而使其减振效果显著提高。
　　斜拉索-辅助索索网体系的减振机理仍缺乏可靠的理论依据，特别是在参数的选取及优化方面还不完善。本文通过理论分析和有限元仿真相结合的方法分析了辅助索参数的选取，及辅助索不同参数对斜拉索-辅助索索网体系制振效果的影响规律，研究了集中阻尼器类型的选择和位置的选取及优化。
　　本文以水土嘉陵江大桥跨中斜拉索为研究背景，首先对单根斜拉索进行静力及动力特性分析。确立了单根拉索的理论模型，并建立了合理的有限元仿真模型。利用有限元软件ANSYS对单根拉索的动力特性进行仿真分析。考虑斜拉索垂度效应和阻尼效应等因素对拉索各阶模态的频率、阻尼比、振形的影响效果。其次对辅助索的减振机理进行理论研究，通过有限元仿真模型分析辅助索的张拉方式、安装点位、截面面积、初始张拉力等参数对索网结构动力特性的影响规律。接着建立索网体系的自由振动方程，并结合边界方程、变形协调方程和力的平衡方程得到系统的振动模态。利用近似解析式研究索网的整体刚度和阻尼器的刚度对系统模态频率和阻尼比的影响。提出两种可用于索网减振的集中阻尼器，并确定阻尼器的布置方案。通过ANSYS软件建立仿真模型，用复模态分析方法得出设置两种阻尼器时索网结构的模态参数。对比所得模态频率和模态阻尼比，以两种模态参数分析两种不同方式阻尼器的制振效果。最后以模态阻尼比和模态频率作为指标提出阻尼器的优化思路。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 斜拉索减振的研究背景

1．2．1 斜拉桥发展历史

1．2．2 斜拉桥振动问题及危害

1．2．3 斜拉桥的振动控制

1．3 辅助索减振措施研究现状及目前存在的问题

1．4 本文主要研究内容

第二章 单根斜拉索动力特性分析

2．1 引言

2．2 斜拉索动力特性的理论分析

2．3 单根拉索的仿真动力学分析

2．4 考虑拉索阻尼时单根拉索的仿真动力学分析

2．5 本章小结

第三章 斜拉索及索网结构的动力特性分析与研究

3．1 不设置辅助索时索面的各阶模态参数

3．2 辅助索-索网结构的减振机理和动力特性

3．3 辅助索参数的确定

3．3．1 辅助索张拉方式的确定

3．3．2 辅助索截面面积的确定

3．3．3 辅助索道数和安装位置的确定

3．3．4 辅助索初始张拉力的确定

3．4 无集中阻尼时索网结构动力特性的仿真分析

3．4．1 辅助索不与桥体锚固

3．4．2 辅助索与桥体锚固

3．4．3 索网体系模态阻尼比

3．5 本章小结

第四章 增加索网体系阻尼的动力特性分析

4．1 索网结构模型的简化

4．1．1 简化索网的复模态频率方程

4．2 辅助索售中阻尼器制振效果分析

4．2．1 粘弹性材料耗能减振机理

4．2．2 粘弹性阻尼器仿真分析模型

4．3 辅助索索端阻尼器制振效果分析

4．4 斜拉索辅助索连接处剪切阻尼器制振效果分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

附录

在学期间发表的论著及取得的科研成果