隔振系統(tǒng)對(duì)斜拉索振動(dòng)的控制研究

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1、隔振系統(tǒng)對(duì)斜拉索振動(dòng)的控制研究洪浩，鄭史雄73隔振系統(tǒng)對(duì)斜拉索振動(dòng)的控制研究編譯洪浩，鄭史雄(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031)摘要：風(fēng)雨激勵(lì)下斜拉索的振動(dòng)對(duì)斜拉橋會(huì)造成嚴(yán)重的影響，在外部附加阻尼器是一種用來(lái)抑制較短斜拉索振動(dòng)的有效手段。然而，對(duì)于較長(zhǎng)斜拉索，出于美觀要求，阻尼器需要設(shè)置在斜拉索的底部，附加阻尼器難以發(fā)揮作用。提出一種新的斜拉索隔振系統(tǒng)來(lái)減輕斜拉索的振動(dòng)。隔振系統(tǒng)由隔層橡膠墊塊和1個(gè)內(nèi)置阻尼器組成，可安裝在斜拉索的錨固端。用具有初應(yīng)變的單元來(lái)表征斜拉索，建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的

2、斜拉索一阻尼器系統(tǒng)分析模型，通過(guò)計(jì)算得到隔振系統(tǒng)下斜拉索的響應(yīng)，并與設(shè)置、未設(shè)置外部被動(dòng)阻尼器時(shí)的斜拉索進(jìn)行了比較。對(duì)比顯示，提出的斜拉索隔振系統(tǒng)比最優(yōu)狀況下的被動(dòng)阻尼器減振效果要好，具有更廣泛的適用性。關(guān)鍵詞：斜拉橋；斜拉索；隔振系統(tǒng)；振動(dòng)；風(fēng)荷載中圖分類(lèi)號(hào)：U448．27；U44l_3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671—7767(2012)05～0073—041前言為減小斜拉索的振動(dòng)，本文對(duì)一種新的斜拉索在過(guò)去的幾十年中斜拉索被廣泛應(yīng)用于大跨度隔振系統(tǒng)進(jìn)行了研究，該隔振系統(tǒng)由隔層橡膠墊塊橋梁及其它

3、結(jié)構(gòu)。斜拉橋上的長(zhǎng)斜拉索具有美學(xué)價(jià)和安裝在錨固端的1個(gè)內(nèi)部阻尼器組成。研究分析值并能有效地承擔(dān)荷載，然而由于斜拉索較低的固中用具有初應(yīng)變的單元來(lái)表征斜拉索，建立了一個(gè)有阻尼特性，在風(fēng)荷載作用下易發(fā)生振動(dòng)，特別是同簡(jiǎn)單的斜拉索一阻尼器系統(tǒng)分析模型，對(duì)斜拉索在時(shí)有雨的情況下，該問(wèn)題更為突出。在防腐系統(tǒng)的沒(méi)有安裝阻尼器、裝有外部被動(dòng)阻尼器和本文提出失效或疲勞情況下，風(fēng)雨激振會(huì)降低斜拉索和連接的隔振系統(tǒng)時(shí)的響應(yīng)進(jìn)行比較。研究顯示斜拉索隔件的壽命，并且有可能使公眾對(duì)橋梁可靠性產(chǎn)生振系統(tǒng)比最優(yōu)狀況下的被動(dòng)阻尼器

4、減振效果好。懷疑。附加在斜拉索外部的阻尼器已被廣泛應(yīng)用，并2斜拉索隔振系統(tǒng)被認(rèn)為是一種有效的減振措施。許多研究人員已提斜拉橋上的斜拉索一般是與錨具連接，在橋面板內(nèi)用1個(gè)插槽或錨頭固定。本文提出的隔振系統(tǒng)出了用粘滯性阻尼器來(lái)抑制斜拉索振動(dòng)的被動(dòng)控制由隔層橡膠墊塊和1個(gè)內(nèi)置阻尼器組成(見(jiàn)圖1)。法。Kovacs最早研究了具有初應(yīng)力的斜拉索附加二者安裝在錨具內(nèi)以減輕斜拉索的振動(dòng)。隔振系統(tǒng)粘滯性阻尼器時(shí)的最大阻尼比；在給定斜拉索構(gòu)型的使用也即是用具有橫向剛度和阻尼的彈性支承代和位置時(shí)，Pacheco(199

5、3年)推導(dǎo)出估算阻尼器最替了原有的固定支承。優(yōu)設(shè)計(jì)的近似關(guān)系；Krenk(2000年)得到了最優(yōu)的圖1(b)中所示斜拉索用具有初應(yīng)力的只受拉阻尼系數(shù)的精確解，并提出了設(shè)計(jì)曲線(xiàn)的解析解；單元進(jìn)行模擬(Irvine1981年)。對(duì)于較小的變形Main和Jones(2002年)對(duì)連接有粘滯性阻尼器斜量，斜拉索的位移處于線(xiàn)性范圍內(nèi)，用無(wú)量綱的振動(dòng)拉索的復(fù)雜特征值進(jìn)行分析，提出了解析表達(dá)式；微分方程表示為：KrenkandHogsberg(2005年)對(duì)斜拉索底部設(shè)有av(z，)．a(chǎn)y(z，￡)1ay。(，￡

6、)橫向阻尼器時(shí)不同模態(tài)下振動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算提出了一a。。aia-z。f1般性的漸進(jìn)公式。Johnson(1999年)已證明在白噪===f(x，￡)+F()a(x一1)聲激勵(lì)下，半主動(dòng)阻尼器較被動(dòng)線(xiàn)性阻尼器能更好引入邊界條件(對(duì)于任意￡)：地降低斜拉索的響應(yīng)。v(0．)一0然而，由于美觀與適用原因，外部阻尼器的位置一般只能靠近橋面，這樣外部阻尼器就不能提供足3x+。(＼T一“L)／一”：=：0(～2)夠的附加阻尼以抑制長(zhǎng)斜拉索的振動(dòng)響應(yīng)。式中，v(x，￡)表示橫向位移；c表示固有阻尼系數(shù)；收稿日期：201

7、2—03—05編譯者簡(jiǎn)介：洪浩(1988-)，男，2011年畢業(yè)于西南交通大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)，工學(xué)學(xué)士(E—mail：honghao—swjtu@126．tom)。74世界橋梁2012，40(5)c—c(專(zhuān)一壽sin2AK一(蔫2)(1十1sin2)(9)隔層式中，q為廣義位移矢量；f為外荷載矢量；為裝置荷載矢量。板目前還不存在完善的風(fēng)雨激勵(lì)下斜拉索的振動(dòng)模型(Simiu和Scanlan1995年)，但是一般認(rèn)為風(fēng)(a)結(jié)構(gòu)示意雨激振主要發(fā)生在較低的模態(tài)(Johnson1999年)。(_l)本文采用如

8、下的隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)：廠(1z，)一Wit)sinz：x(10)式中，Wit)為零均值高斯白噪聲，在無(wú)阻尼情況下，能引起第一模態(tài)的激勵(lì)響應(yīng)。上述的隨機(jī)風(fēng)荷載通常情況下不具有充分的代(b)設(shè)計(jì)原理表性，因?yàn)樗菬o(wú)限的頻率波動(dòng)而沒(méi)有考慮全空間圖1斜拉索隔振系統(tǒng)相關(guān)性。實(shí)質(zhì)上，這導(dǎo)致幾乎所有的能量都在第一f(x，￡)為斜拉索上的分布荷載；F()表示由隔振模態(tài)激發(fā)。但實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示斜拉索能夠經(jīng)受較高模系統(tǒng)產(chǎn)生的力；(z)為狄拉克函數(shù)；愚為隔振系統(tǒng)態(tài)下顯著振動(dòng)的考驗(yàn)，并且本文分析的主