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1940年,刚建成4个月的塔科马悬索桥在8级大风的作用下发生强烈风致振动而坍塌,这一事故引起了桥梁工程师们的极大关注,人们也逐渐认识到风的作用不仅仅是静力作用,并由此提出了桥梁风致振动的问题。桥梁风工程就是在此基础上发展起来的。桥梁风工程主要研究在风场条件下桥梁结构的静力效应和动力响应,为桥梁的设计和施工提供技术支持。
颤振、驰振、抖振与涡激振动都是桥梁风致振动的四种主要形态,本课题旨在采用连续型TMD或间断型TMD提高桥梁结构颤振临界风速,减小桥梁结构动力响应,对桥梁竖向、横向和扭转三个方向的振动进行控制,其力学原理是在主梁结构上安装附加的具有一定质量的振动系统,当桥梁振动时,附加振动系统起吸振耗能的作用从而达到预定目的。连续型TMD就是沿全桥都布置TMD,毫无疑问,只要TMD参数合理,连续型TMD对桥梁结构有很好的效果。间断型TMD考虑到经济问题,TMD有针对性地布置在桥梁结构合适的位置,如桥梁跨中位置,因此间断型适用范围更广,布置更为灵活。
本论文以某长江公路斜拉桥为背景,我们在湖南大学风洞试验室做了节段模型试验,包括无控制状态下和有TMD控制状态下的风洞试验,并采用ANSYS计算软件对桥梁结构进行模拟计算,试验数据和计算结果显示:
(1)间断型TMD能提高桥梁结构的颤振临界风速,当TMD布置在桥梁跨中时,或桥梁跨中一段距离时,桥梁颤振临界风速明显提高;
(2)对桥梁风致抖振响应,间断型TMD也有很明显的控制效果;
(3)间断型TMD布置较为灵活,能根据不同的需要,不同的经济条件,按照要求对桥梁结构进行针对性较强的控制。
本论文提出了相应于新控制措施的理论和计算方法,经过风洞试验和软件模拟,结果表明,间断型TMD能明显提高桥梁结构的颤振临界风速,减小桥梁的风致抖振响应。