基于流体阻尼器的大跨度斜拉桥结构振动被动控制

摘要

大跨度桥梁作为交通线上的枢纽工程和生命线工程，而大跨度桥梁具有结构轻柔的特点，在地震作用下动力响应较大。流体阻尼器作为耗能减震器中重要的一种形式，很早就在航天、机械、军事等领域得到应用。根据流体运动特别是当流体通过节流孔时产生粘滞阻力的原理制成的，是一种无刚度、速度相关型的耗能器。流体阻尼器具有安全、经济、适用范围广，维护费用低等优点，在工程实践中得到了广泛的应用。
　　 本文主要研究流体阻尼器对大桥纵向地震效应的被动控制。通过对流体阻尼器的耗能原理的介绍，将此原理应用到武汉天兴洲大桥，通过建立天兴洲大桥三维有限元模型，对其动力特性进行分析，采用200gal EI centro地震波对天兴洲大桥主梁纵向动力反应分析。通过conbim14单元模仿流体阻尼器对天兴洲大桥进行动力响应控制，满足天兴洲大桥在服役期间的安全性和耐久性。
　　 本文介绍流体阻尼器的分类并分别给出各种流体阻尼器的工作原理及构造；研究流体阻尼器的性能与阻尼器的内部构造(密封情况、阻尼孔和活塞杆的面积)有关。除此之外，激振频率、相对速度、外界温度及粘滞介质等因素也会影响流体阻尼器的性能。其中粘滞介质对流体阻尼器的影响起决定性作用；流体阻尼器的应用较为广泛，其在工程中主要的安装形式为：对角支撑、人字形支撑、套索式支撑、剪刀式支撑等几种。
　　 本文分析流体阻尼器介质粘滞流体的类型--牛顿流体和非牛顿流体以及它们的分类；介绍流体阻尼器常用的几种恢复力模型：线性模型、Kelvin模型、Maxwell模型和Wiechert模型。
　　 本文通过ANSYS有限元软件建立天兴洲大桥三维模型，并首先对其进行模态分析并提取十阶模态得出天兴洲大桥的基本振型为第一阶振型；其次进行结构瞬态分析，由结果可知大桥纵向位移过大，远远超过设计要求，因此需要进行结构振动控制，利用ANSYS软件对流体阻尼器的模拟加入天兴洲大桥模型中再次进行结构瞬态分析，结果表明，流体阻尼器大大减小了地震时天兴洲大桥纵向位移。