大跨度橋梁的風致振動分析與被動.pdf

1、橋梁技術的突飛猛進使得橋梁的跨越能力不斷增強，導致橋梁的剛度不斷下降，體現(xiàn)出柔性結構特征。1940年Tacoma大橋的垮塌使得風對橋梁結構的作用走進橋梁工程技術人員的視野，眾多學者對橋梁風致振動進行了相關研究，基本上得到了各種風致振動機理。時至今日，風致振動對大跨度橋梁的影響無論是在建設階段還是在運營階段都已不容忽視。同時，風致振動也是限制橋梁跨度進一步增加的重要制約因素。
　　 本文從風致振動以及控制的研究現(xiàn)狀出發(fā)，在總結和吸

2、收國內外前人研究成果的基礎上，對大跨度橋梁的風致振動以及被動控制加以研究，給出了大跨度橋梁風致振動的頻域分析方法和時域分析方法，并使用多種TMD 裝置對風致振動的被動控制的原理、效果以及參數加以研究，且均編制程序加以實現(xiàn)。本文的主要研究內容包括：
　　 （1）分析了橋梁結構在非線性靜力荷載作用下橋梁成橋狀態(tài)。介紹了懸索橋成橋狀態(tài)分析的解析法和有限元法、斜拉橋成橋狀態(tài)和索力優(yōu)化，分析了大跨度橋梁靜風穩(wěn)定問題。利用增量與內外兩重迭代

3、法分別計算了兩座橋梁的靜風失穩(wěn)的臨界風速，以此靜力計算結果作為模態(tài)分析的基礎。
　　 （2）分析了頻域范圍內橋梁結構的顫振。詳細介紹以有限模態(tài)為基礎的多種多模態(tài)分析方法中的多模態(tài)顫振自動分析法，并以具有理想平板截面的簡支梁和某在建長江公路懸索橋為例，使用該方法分析了顫振發(fā)生的規(guī)律和形態(tài)。
　　 （3）分析了頻域范圍內橋梁結構的抖振。利用計算速度較快的虛擬激勵法（PEM）對大跨度橋梁進行了抖振分析過程加以推導，在其中使用更

4、為精確的橋梁結構節(jié)點等效氣動抖振力公式，并與較為精確的大跨度橋梁抖振分析的CQC 方法進行比較。以具有理想平板截面的簡支梁和某在建長江公路懸索橋作為數值算例進行了驗證分析。
　　 （4）分析了時域范圍內橋梁結構的風致振動問題。結合大跨度橋梁的結構非線性靜力計算結果，分析大跨度橋梁的顫振以及顫抖振在時域內的分析手法。介紹了時域內自激力和脈動風速的模擬方法。對原結構的有限元模型疊加自激力生成的氣動剛度、阻尼和質量，將自激力中的時間歷

5、程項和抖振力作為外部荷載加入有限元模型。使用ANSYS 實現(xiàn)了顫抖振統(tǒng)一時程分析。
　　 （5）利用TMD 研究了大跨度橋梁的被動控制問題。結合風致振動的頻域計算結果，分析大跨度橋梁的顫振以及顫抖振的被動控制方法，研究了被動控制參數的設定問題。以TMD為代表，介紹了被動控制的基本理論，推導了STMD、DTMD 這兩種TMD 設備的控制原理以及與結構共同運動的動力微分方程。研究大跨度橋梁顫振和考慮自激力的抖振的TMD控制問題，并分