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在大跨度斜拉桥结构中,斜拉索具有大柔度、小质量和小阻尼等特点,极易在各种激励下产生非线性振动,而且随着斜拉桥跨径的不断增大,拉索的振动问题日益突出并引起了学者们的广泛关注,使用阻尼器对斜拉索进行振动控制也引起了学者们的广泛关注,但对斜拉索的随机响应还缺乏足够的关注,本文以斜拉索为研究对象,对其随机响应进行了分析。全文共分六章,主要内容如下:
首先介绍了斜拉索非线性振动历史研究成果和进展,在控制其振动方面的措施,本文主要研究的几个描述随机过程特征的参数和函数,以及随机过程的模拟方法;分析了斜拉索的振动特性,考虑斜拉索的几何非线性,根据达郎贝尔原理建立斜拉索-阻尼器系统的面内面外耦合运动偏微分方程,然后将偏微分方程通过Galerkin方法转化成面内面外各两个模态的运动常微分方程。
采用Monte-Carlo方法对随机激励进行模拟,使用四阶Runge-Kuttas方法对一工程实例的运动常微分进行数值求解,得到时域内的时程曲线,求得随机响应的平均值、均方值和概率密度函数曲线,发现斜拉索随机响应是一个平稳过程,且概率密度函数服从正态分布。然后将时程曲线转化成频域内的功率谱密度函数曲线,分析频域内斜拉索随机响应的特征。
研究了控制阻尼对斜拉索响应平均值、均方值、概率密度函数、功率谱密度函数的影响,得出阻尼器对斜拉索的振动幅值和频率都有较好的控制作用。并对比了各不同阻尼的控制效果。
分析了激励大小对斜拉索响应的影响,发现激励大小会影响最优控制阻尼的大小,但是在有阻尼器控制时,影响较小,在实际工程应用中可以忽略。