斜拉桥索梁耦合振动分析及减振研究

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斜拉桥拉索具有阻尼小的特点,随着斜拉桥跨度的增大,拉索长度加大,使得拉索的振动易受到主梁振动影响。目前,关于拉索减振的研究中大多忽略了主梁的动力性能。为此,本文研究索梁耦合振动的动力特性及其对拉索减振性能的影响;探究粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器、惯质类阻尼器等安装在主梁上及索梁之间时对拉索减振的优化设计和减振性能。主要内容如下:(1)推导了不考虑垂度拉索、考虑垂度拉索和考虑垂度拉索-主梁系统的运动微分方程,应用多尺度法分析了拉索发生参数振动的原理,应用四阶龙格库塔法进行数值计算,探讨了斜拉索参数对不考虑垂度索和考虑垂度索振动的影响。进一步研究了索梁耦合系统发生共振的条件以及外激励幅值和频率对索梁耦合系统振动的影响。(2)分别考虑在主梁内部安装调谐质量阻尼器(TMD)和调谐质量惯质阻尼器(TMDI),建立拉索-主梁-阻尼器数学模型,推导索梁-阻尼器系统的运动方程,研究了TMD和TMDI对索梁耦合系统的减振性能;分析了阻尼器参数对阻尼器减振性能的影响,通过对比发现TMD相比TMDI能更好的控制拉索振幅,而TMDI能改善对阻尼器和主梁相对位移的控制效果。探讨了阻尼器参数的敏感性和鲁棒性。(3)对比研究了粘滞阻尼器(VD)、调谐惯质阻尼器(TID)和调谐粘滞质量阻尼器(TVMD)安装在主梁和拉索之间时对系统的减振性能。分别建立了索-阻尼器-梁模型,推导了系统的复特征方程;探究阻尼器刚度、惯质系数和安装位置等对系统模态阻尼比的影响,以及主梁和拉索频率之比对阻尼器减振性能的影响。对比VD阻尼器的减振性能,发现TID和TVMD能实现更好的减振效果。
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