斜拉索限位装置减振机理与效果的研究

摘要

斜拉索具有大柔度、小质量、小阻尼的特点，使得斜拉索极易在风雨、交通等荷载作用下发生大幅振动。
　　 本文针对斜拉索的大幅振动机理和制振措施进行了一系列的研究工作。提出了一种新型的拉索减振措施——限位装置，研究了其对拉索的两种主要大幅振动——风雨激振和参数共振的减振效果，并且对相关参数对拉索振动和减振效果的影响做了研究。
　　 因为风雨激振问题的复杂性，所以至今对其致振机理尚没有统一的理论解释。本文在已有理论的基础上，提出了一种新的拉索风雨激振的理论解释：斜拉索发生风雨激振时，可以将风雨对拉索的作用简化为上水线绕拉索周向转动时，作用于拉索上的一个离心力，以此解释风雨激振的机理。运用数理方程知识得到了其解析解，计算结果与已有的试验结果吻合较好。
　　 运用有限元方法，建立了单索的二维模型，模拟了拉索的风雨激振及参数共振现象，所得结果与以往研究者得到的解析结果及试验现象相一致。在数值模型中，模拟了限位装置，研究了其对拉索风雨激振和参数共振的抑制作用。计算结果表明：限位装置可以显著减小拉索风雨激振及参数共振的振幅。从能量原理和致振机理两个角度，阐明了限位装置的减振机理。限位装置减振机理明确，能够从根本上抑制拉索大幅振动的发生。
　　 在此基础上，讨论了限位高度、限位位置以及阻尼比对减振效果的影响。减小限位高度或将限位位置向拉索中间靠拢，会使减振效果更加明显。阻尼比对减振效果的影响很小，可以忽略不计。

目录

文摘

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声明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 拉索振动类型及研究现状

1.2.1 拉索振动的类型

1.2.2 国内外研究进展

1.3 拉索减振措施及研究现状

1.3.1 空气动力学措施

1.3.2 结构措施

1.3.3 机械减振措施

1.4 本文的研究内容

第二章 拉索振动的计算模型及计算原理

2.1 拉索模型的建立

2.1.1 拉索自振频率解析解

2.1.2 拉索有限元建模

2.1.3 算例分析

2.2 限位装置模型的建立

2.3 结构振动方程的建立

2.4 几何非线性有限元理论

2.4.1 非线性问题的分类

2.4.2 非线性有限元的解法

第三章 拉索风雨激振机理及减振的研究

3.1 拉索风雨激振的机理及解析解

3.1.1 风雨激振的主要试验现象

3.1.2 风雨激振的机理

3.1.3 风雨激振的解析解

3.1.4 算例分析

3.2 拉索风雨激振现象的有限元分析

3.2.1 有限元模型的建立

3.2.2 有限元分析计算

3.3 限位装置对风雨激振的减振分析

3.3.1 减振效果分析

3.3.2 减振机理研究

3.4 相关参数对减振效果的影响

3.4.1 限位高度对减振效果的影响

3.4.2 限位位置对减振效果的影响

3.4.3 阻尼对拉索风雨激振及减振效果的影响

第四章 拉索参数共振机理及减振研究

4.1 参数共振的机理

4.2 参数共振的有限元分析

4.2.1 有限元模型的建立

4.2.2 有限元分析计算

4.3 限位装置对参数共振的减振分析

4.3.1 减振效果分析

4.3.2 减振机理研究

4.4 相关参数对拉索参数振动及减振效果的影响

4.4.1 限位高度对减振效果的影响

4.4.2 限位位置对减振效果的影响

4.4.3 阻尼对拉索参数共振及减振效果的影响

4.4.4 拉索预应力对参数共振及减振效果的影响

第五章 结论及展望

5.1 本文主要结论

5.2 进一步研究展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢