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《斜拉索的半主動減震控制》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、斜拉索的半主動減震控制：正如用作斜拉橋的斜拉索，由于其低固有阻尼的特性總是傾向于振動。橫向地附著被動粘滯阻尼器已在許多橋梁中應(yīng)用于抑制這種振動。已經(jīng)有最優(yōu)被動線性粘滯阻尼器的相關(guān)研究；但是，當(dāng)其附著在離甲板錨地適當(dāng)距離時，即使是最優(yōu)被動控制裝置也只能添加很小阻尼。本文研究采用半主動裝置改善阻尼的可能。采用一種假設(shè)模態(tài)法推導(dǎo)拉索-阻尼系統(tǒng)的運動方程，從而得到了控制導(dǎo)向型模型。研究表明控制導(dǎo)向型模型比其他模型更精確，并且有助于低階控制設(shè)計。評估了被動線性粘滯阻尼器的有效性。研究了被動、主動以及半主動拉索的響
2、應(yīng)。對于典型的阻尼器配置，發(fā)現(xiàn)半主動阻尼器的響應(yīng)相比于最優(yōu)被動線性粘滯阻尼器顯著減小，因此證明了采用半主動阻尼器吸收拉索的振動能量的潛在效益?！ ￡P(guān)鍵詞：阻尼；結(jié)構(gòu)控制；振動；拉索 引言 正如用于斜拉橋和其它結(jié)構(gòu)的長鋼索，傾向于由與之相連的結(jié)構(gòu)及天氣條件引發(fā)的振動。特別地，我們可以看到輕而柔的風(fēng)夾雜著輕而柔的雨可以引發(fā)各種不同的斜拉橋的拉索顯著運動，這種現(xiàn)象我們把它叫做“風(fēng)雨激振”（Hikami1986;HikamiandShiraishi1988;Matsumoto1998;MainandJone
3、s1999）。拉索固有的極低的阻尼力不足以消除這樣的振動，典型的阻尼只有百分之幾的大小（YamaguchiandFujino1998），再者由于疲勞和防腐層的分解（ainandJones2002a）采用橫向被動線性阻尼器添加到拉索的最大阻尼力相對于拉索的長度大約與阻尼器和拉索錨地之間的距離成正比。非線性被動阻尼器同樣得到相似的阻尼標準（MainandJones2002b;KrenkandH最猀戀攀爀最2005）。而且，任何裝置硬度減少了被動阻尼器的性能同時質(zhì)量的增加也能使阻尼力增加（KrenkandH最
4、猀戀攀爀最2005），這很有可能與線性被動阻尼器相類似?，F(xiàn)代斜拉橋正使用越來越長的拉索，正如多多羅橋和諾曼底橋，它們拉索的長度超過450m長（Endoetal.1991;Virloguexetal.1994）（一座在香港正設(shè)計的主跨長1100m的橋梁可能需要更長的斜拉索）。采用如此長的拉索來接近一個5%連接點如果沒有對結(jié)構(gòu)美觀的重大改變可能是不可能實施的。當(dāng)然，一個1-2%位置是很有可能的。在這種情況下，被動阻尼器可能不能對拉索施加足夠的阻尼力。因此，必須探索出減少拉索過度振動的其他辦法。 無論是可變
5、的孔口、可控制的摩擦力還是可控制的流體種類，已經(jīng)證明半主動拉索在許多應(yīng)用中取得了重大效益（Housneretal.1997；SpencerandSain1997），而且能夠潛在地實現(xiàn)績效性能，幾乎與主動裝置相同毫無減損。本文研究采用半主動阻尼器替代橫向被動粘滯阻尼器來減少拉索運動的功效。通過仿真證明，半主動裝置能夠使拉索響應(yīng)戲劇性的減少，超出最優(yōu)線性粘滯阻尼器，并取得幾乎與主動阻尼器相同的績效?！ ±鲃恿W(xué) 在張力與重力的高比率下，斜拉索存在很小的松弛。有了很小的松弛，由重力和彎曲硬度產(chǎn)生的傾斜和靜
6、載擾度自此屬于次級效應(yīng)而可以忽略不計。因此，拉索的運動可以采用拉緊的細繩來模擬（Irvine1981）。圖1表示橫向附著著阻尼器的拉索的橫斷面運動。對于很小的繞曲，系統(tǒng)的無量綱偏微分運動方程如下： （1） 對于所有的t，都有邊界條件： ?。?） 式中，表示拉索橫斷面的繞曲；c表示沒單位長度上的粘滯阻尼力，()’和()分別表示關(guān)于x和t的偏微分；表示拉索上的分布荷載；表示在處的橫向阻尼力；表示狄拉克函數(shù)。無量綱的數(shù)值與他們的相應(yīng)維數(shù)有關(guān)，根據(jù)下面關(guān)系式采用上劃線表示： ?。?） 式中，L表示拉索長
7、度；表示無阻尼拉索的固有頻率；T表示拉索張力；表示每單位長度拉索的質(zhì)量。（注意：沒有特殊規(guī)定，其他數(shù)值都是無量綱的。） 圖1附有阻尼器的拉索 假設(shè)激勵是隨機過程。為方便，假設(shè)激勵可以用下式估計： （4） 式中，為沿著拉索位置的確定函數(shù)，為固定的遍歷性的零均值隨機變量過程?！ ±脭?shù)列逼近 橫向繞曲可以用一個有限數(shù)量進行估計， ?。?） 式中，為廣義位移，表示設(shè)定的連續(xù)線形函數(shù)，其采用分段連續(xù)斜率而且能夠滿足幾何邊界條件。將式（5）代人無量綱運動方程式（1），采用標準迦遼金法（Craig1
8、981）（假設(shè)截斷誤差正交于保留的線形函數(shù)），乘以并在拉索長度范圍內(nèi)積分，有： ?。?） （7） 其中質(zhì)量；阻尼；剛度，廣義位移矢量，外部施加荷載向量，阻尼器荷載向量。 正弦數(shù)列近似求解 Pacheco等人（1993）為計算附著式粘滯阻尼器的阻尼，假設(shè)正弦曲線函數(shù)與無阻尼拉索模型相同。因為正弦曲線函數(shù)是相互正交的，所以質(zhì)量、剛度和阻尼矩陣為對角矩陣。采用線性粘滯阻尼器，，在狀態(tài)空間形式中能夠形成拉索/阻尼器系統(tǒng)如下： ?。?） 其
