斜拉桥索振动及减振装置研究

摘要

斜拉桥具有较好的跨越能力,因而在近些年来得到了广泛的应用。斜拉桥及桥上的拉索易在风雨激励、地震以及车载等外部载荷作用下产生振动,严重时会发生桥梁事故,因此探寻合理有效的方法来减小斜拉桥和拉索振动已经成为重要的研究课题。 本文首先根据有限单元法理论,利用ANSYS软件选用LINK10和BEAM4单元对斜拉桥的拉索、主梁和桥塔等构件进行模拟,建立斜拉桥整桥有限元模型并对其动力特性进行分析,得出斜拉桥固有频率及相应的振型。发现斜拉桥易于产生大幅振动,同时也发现斜拉桥的振动具有明显的三维性。 本文对拉索的构造方法、振动形态进行了分析,并将单根拉索的动力特性与由四根和七根钢绞线构成的拉索分别进行比较,发现在斜拉桥的建模过程及拉索动力特性分析过程中,可以用单根拉索来模拟由多根钢绞线构成的拉索。将利用解析法计算出的拉索固有频率与选用LINK10单元模拟单根拉索分析得到的拉索固有频率进行比较,发现最大相对误差不超过10％,从而进一步说明可以用单根拉索来模拟多根钢绞线构成的拉索。 通过比较在斜拉桥上广泛采用的多种拉索减振方法,设计出基于高阻尼橡胶的减振装置。针对不同型号的高阻尼橡胶圈,设计出四因素三水平的正交实验方案,完成橡胶圈的动力特性研究,选择合适的橡胶圈作为减振装置的重要构件。本文对安装减振装置前后拉索节点的振动位移进行了模拟和比较,发现拉索减振装置的减振效果明显。通过改变拉索减振装置的安装位置,可以看出在一定范围内,随着安装位置的提高,减振效果越来越好。 本论文利用有限元软件,对斜拉桥、拉索、拉索减振装置进行了研究,在研究过程中将ANSYS计算结果与实桥测量结果或解析计算结果进行对比,证明了本论文研究结论的正确性。论文研究内容对于斜拉桥的动力特性分析和拉索减振装置的设计具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1斜拉桥简介

1.2斜拉桥及拉索振动的危害及减振的必要性

1.3有限单元法及ANSYS软件简介

1.3.1有限单元法

1.3.2有限单元法的分析过程

1.3.3 ANSYS软件简介

1.4本文的主要研究内容

1.5本章小结

2斜拉桥动力特性分析

2.1斜拉桥主要参数

2.2斜拉桥建模

2.2.1索塔的模拟

2.2.2主梁的模拟

2.2.3拉索的模拟

2.2.4边界连接条件

2.2.5整桥建模

2.3斜拉桥动力特性分析

2.3.1斜拉桥整桥模态分析

2.3.2斜拉桥整桥模态分析结果与实桥比较

2.4本章小结

3拉索的振动及其动力特性分析

3.1拉索的构造及其特点

3.2拉索的振动形态

3.3拉索振动特性的解析分析方法

3.4拉索动力特性分析

3.4.1平行钢绞线拉索动力特性分析

3.4.2拉索模态分析

3.4.3拉索模态分析结果与解析计算结果比较

3.5本章小结

4拉索减振装置的设计及减振效果的研究

4.1拉索的减振方法

4.2阻尼及阻尼减振机理

4.2.1阻尼定义

4.2.2阻尼减振原理

4.3拉索减振装置的设计

4.3.1高阻尼橡胶的特点及应用

4.3.2高阻尼橡胶圈选型

4.3.3减振装置设计

4.4拉索减振装置减振效果研究

4.5本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文