斜拉桥拉索风雨振观测及其控制

介绍了在湖南岳阳洞庭湖大桥进行风雨振观测的情况,得到了拉索加速度时程曲线、拉索振动的加速度轨迹和共振频率;通过数值仿真和现场试验全面评估了磁流变阻尼器对拉索振动控制的性能,得出了阻尼器安装位置、外部激励大小及阻尼器输入电压大小等参数对拉索系统各阶模态阻尼比的影响规律及磁流变阻尼器的减振效果。结果显示在安装磁流变阻尼器后拉索系统的前三阶模态阻尼比大大增加,并且存在一个优化电压,在该电压下能取得最大的模态阻尼比,表明磁流变阻尼器具有良好的减振性能。实际风雨振观测进一步验证了其良好的减振效果。     

斜拉索风雨振现场观测与振动控制

介绍了斜拉索风雨振现场观测与振动控制研究的情况。在湖南岳阳洞庭湖大桥上建立了风雨振观测系统，并连续4年进行了长时间现场观测，在风速、风向、雨量等参数对风雨振的影响规律与拉索风雨振振动形态方面有了新的发现。提出了一种多模态振动控制的参数优化方法。进行了拉索一磁流变阻尼器系统的减振性能仿真研究与现场试验研究，全面评估了磁流变阻尼器的实际减振性能。开发了一套磁流变式拉索减振系统，并于2002年在该大桥全桥实施，3年来显示了良好的减振效果。同时针对城市桥梁磁流变减振系统的低压供电线路最易受到人为破坏的问题，设计开发了一种永磁可调式磁流变阻尼器（PMAA—MR），并将其成功应用于湖南长沙洪山庙大桥的拉索减振。     

MR阻尼器性能试验及对拉索风振控制

对磁流变阻尼器进行试验研究,考查了其常规性能与疲劳性能,得到了阻尼力与电流、速度的关系曲线,给出了阻尼力随电流、速度变化的计算公式。以某斜拉桥拉索的减振控制为背景,模拟了脉动风荷载作用下拉索的动力响应,并对安装磁流变阻尼器后的减振效果进行分析。结果表明:磁流变阻尼器性能稳定,疲劳次数能达到百万次以上;采用磁流变阻尼器能明显减小拉索的振动,提高拉索的使用寿命。     

磁流变阻尼器对支座简谐运动下拉索参数振动的智能控制

以斜拉索为研究对象,忽略索桥之间的耦合作用,研究支座简谐运动下,磁流变阻尼器对拉索参数振动的智能半主动控制。首先建立斜拉索-阻尼器系统的三维运动方程,并采用有限差分法进行离散化。针对磁流变阻尼器的力学特点,提出简单适用的基于平衡逻辑算法的半主动控制策略,该控制策略的实现仅需测量阻尼器的位移和速度反应。重点考察支座简谐运动频率与拉索面内基本频率之比为2,1,2/3和1/2这4种工况。仿真分析表明,采用半主动控制策略,大多数情况下磁流变阻尼器能显著地降低拉索的面外位移,可以认为磁流变阻尼器能有效避免拉索平面外参数振动的发生;另一方面,仅在少数情况下磁流变阻尼器才对拉索的面内振动产生明显的减振效果。此外,提出的控制算法会导致拉索振动的混沌性。     

磁流变阻尼器对斜拉索的振动控制

利用有限元软件建立了拉索振动控制系统的力学模型,对深圳湾公路大桥上的最长斜拉索和MR阻尼器组成的系统进行了动力分析。在振动控制系统中分别模拟了正弦简谐力作用下的谐波共振和参数共振这两种最危险的振动情况,研究了阻尼器的减振效果,并通过拉索位移幅值衰减率分析了各种参数对磁流变阻尼器振动控制效果的影响,从而得出最优减振方式。     

考虑脉动风影响的斜拉索在支点激励下的非线性振动

应用柔性拉索的非线性振动响应计算理论,提出考虑横向脉动风荷载作用及支点激励的拉索非线性振动计算方法。以力学特性不同的两种斜拉索为对象,通过数值方法分析横风作用和支点激励下的钢索、CFRP拉索非线性振动响应,比较支点激励频率、风速、阻尼器对参数振动响应的影响。结果表明,在拉索基频f1以及两倍基频2f1的支点位移激励下,脉动风虽然导致拉索出现不规则的竖向和横向水平振动轨迹,但不会改变拉索的参数振动特性;横向风荷载对参数振动具有空气阻尼力的效应;总体上CFRP拉索的参数振动振幅小于钢索,特别当拉索跨度比较大时,CFRP拉索的振幅将明显低于同跨度的钢索;黏性阻尼装置的减振效果与拉索的结构条件有关,当拉索的无量纲参数λ(Irvine参数)较大时,阻尼器的减振效果不明显,反之当λ较小时阻尼器有一定的减振效果。     

斜拉索多模态振动半主动控制试验

有效控制斜拉索的风致振动,是桥梁工程领域的关键问题.针对斜拉索多模态振动,基于出力可控的磁流变阻尼器,提出不依赖于阻尼器出力模型的半主动控制算法,以某斜拉桥的拉索为原型,按照1:12的比例设计缩尺模型,建立拉索-磁流变阻尼器系统的试验模型.试验结果表明,文章提出的控制算法简单可行,可有效控制拉索的多模态耦合振动:与其他...     

钢绞线斜拉索内置式橡胶阻尼器研究与应用

为研究内置式橡胶阻尼器对钢绞线斜拉索的减振效果,文章通过长168.25 m的拉索减振试验,对内置式橡胶阻尼器的减振性能进行研究分析。试验结果表明:在拉索长2%的位置安装内置式阻尼器后,一阶和二阶平均振动对数衰减率为1.53%和1.57%,对拉索的振动具有抑制作用;通过梁端和塔端阻尼器减振效果的线性叠加,结合外护套双螺旋线气动措施,可满足主跨在300 m以下钢绞线斜拉桥的拉索振动控制需求。     

桥梁减振技术的发展与应用

介绍了既有铁路桥梁因横向刚度不足及列车提速致使的横向振动、城市桥梁轨道交通车桥耦合动力振动、大跨度桥梁拉索的风雨激振、轴向流激振等几类桥梁振动减振技术的发展与应用.在铁路桥梁和高架桥梁中,对车桥耦合振动体系,采用被动控制法,安装质量阻尼器,改变桥梁基础结构的型式,进行桥梁减振和降噪.在斜拉桥拉索减振上,主要采用机械减振控制,安装目前较常用的粘性剪切型阻尼器进行减振,介绍了新型的磁流变阻尼器半主动控制法减振技术.这些减振措施在一些实际的桥梁减振中都取得了不错的效果.同时,还阐述了近年来在人行桥梁中新发现的人致桥梁侧向振动的桥梁减振新问题.     

用于索承结构中斜拉索开环振动控制的磁流变阻尼器设计

斜拉索被广泛应用于索承结构,如大跨度桥梁或屋盖结构等.由于极低的内在阻尼,斜拉索易发生因其支承的运动或天气状况影响而引起的大幅值的振动.这些振动可以危及斜拉索本身以及整个索承结构的安全与寿命,甚至引起人们对该类结构信心的降低.在斜拉索减振的诸多方法中,采用磁流变阻尼器的智能阻尼技术近来引起了人们的研究兴趣.该阻尼器的阻尼特性可以通过调节(控制)磁场的输入电流/电压而改变,从而实现在不同振动(频率及幅值)情况下的最优或次优减振效果.本文发展了一个数学模型用于评价在开环控制状态下斜拉索-阻尼器系统的阻尼比.该模型考虑了阻尼器的安装高度、阻尼系数、刚度、质量、支撑刚度、磁变阻尼力以及斜拉索的垂度与倾角等因素,推导出了一个‘广义的通用公式’用于阻尼器参数的设计与优化,即寻求可提供系统最大阻尼比的最佳阻尼器参数.本文以目前世界最长斜拉桥——苏通大桥的最长斜拉索为例,确定了能够提供足够的阻尼以抑制风雨振的阻尼器安装高度以及相应的阻尼器参数.     

一致激励下MR阻尼器对桥梁地震反应控制效果的研究

本文应用磁流变(MR)阻尼器对桥梁结构在一致地震激励下的响应进行控制。采用子空间模态分析法建立了适合一致地震激励下桥梁振动控制分析的瞬时最优控制算法。以连续刚构桥和大跨度斜拉桥两个具体工程为例,数值仿真分析了桥梁地震反应在多种MR控制策略下的控制效果,为MR阻尼器的工程应用提供了理论依据。     

Semiactive Damping of Cables with Sag

Cables, such as those used in cable–stayed bridges, suspension bridges, guy wires, transmission lines, and flexible space structures, are prone to vibration due to their low inherent damping characteristics. The mitigation of cable vibration is necessary to minimize negative impact. Transversely attached passive viscous dampers have been implemented on some cables to dampen vibration. However, it can be shown that only minimal damping can be added if the damper attachment point is close to the end of the cable. For long cables, passive dampers may provide insufficient supplemental damping to eliminate vibration problems. A recent study by the authors demonstrated that "smart" semiactive damping can provide significantly superior supplemental damping for a cable modeled as a taut string. This article extends the previous work by adding sag, inclination, and axial flexibility to the cable model. The equations of motion are given. A new control–oriented model is developed for cables with sag. Passive, active, and smart (semiactive) dampers are incorporated into the model. Cable response is seen to be reduced by semiactive dampers for a wide range of cable sag and damper location.     

State-Derivative Feedback Control of Cable Vibration Using Semiactive Magnetorheological Dampers

Abstract:   This article presents the theoretical and in situ experimental studies on state-derivative feedback control of bridge cable vibration using semiactive magnetorheological (MR) dampers. The semiactive feedback control is accomplished using only one MR damper and one accelerometer collocated near the lower end of the cable. Within the framework of reciprocal state space (RSS), the linear quadratic regulator (LQR) control technique is applied to formulate state-derivative feedback control law and derive the feedback and estimator gains for real-time control of cable vibration using MR dampers. The state-derivative feedback control strategy directly uses acceleration information for feedback and state estimation, which is usually the only measure available in practical cable vibration control implementation. More importantly, the control force commanded by the state-derivative feedback control strategy based on energy weighting is a dissipative force except for low velocity and small force, which is therefore implementable by the semiactive MR dampers without clipping. Numerical simulations of state-derivative feedback control for a stay cable in the cable-stayed Dongting Lake Bridge are conducted under sweeping sine excitation and sinusoidal step relaxation excitation, and then the experimental validation of the prototype cable is carried out in the bridge site with the help of the real-time control system dSPACE. Good agreement between the simulation and experimental results is observed.     

某综合办公楼采用粘滞阻尼器的消能减震设计

介绍了高烈度区某 1 2层综合办公楼采用粘滞阻尼器的消能减震设计。设计中 ,在结构原拟设剪力墙的位置设置单斜撑粘滞阻尼器消能支撑 ,所采用的粘滞阻尼器为具有自主知识产权的速度线性相关型粘滞阻尼器。时程分析结果表明 ,粘滞阻尼器可大量耗散地震动能量 ,有效降低结构在地震作用下的振动反应。     

粘滞流体阻尼器用于建筑结构的减震设计原理与方法

研究了粘滞流体阻尼器用于建筑结构消能减震设计的原理、分析方法。包括阻尼器的设置、消能支撑的型式、支撑钢杆的设计、抗震设防目标、消能减震建筑结构的特点。给出了消能减震结构的附加水平控制力、附加有效阻尼比、地震影响系数、阻尼矩阵的计算方法;介绍了振型分解反应谱法和直接动力时程分析法的设计计算要点。最后给出了采用粘滞流体阻尼器进行消能减震设计的实用设计步骤。     

电涡流惯质阻尼器对斜拉索振动控制研究

为提升传统被动黏滞阻尼器(VD)对斜拉索的减振效果,提出一种融合旋转式电涡流阻尼技术与滚珠丝杠两节点惯质单元的电涡流惯质阻尼器(ECIMD)斜拉索减振新方法。首先研制阻尼系数和惯性质量均可调的ECIMD样机,基于力学性能测试结果辨识ECIMD力学模型参数;然后开展ECIMD对模型拉索减振试验,获得ECIMD阻尼系数和惯性质量对拉索前3阶附加模态阻尼比的影响规律;接着采用有限差分法建立考虑拉索垂度、抗弯刚度及边界条件影响的斜拉索-ECIMD系统分析模型,对比分析斜拉索附加模态阻尼比的数值预测与相应试验结果;最后开展ECIMD对斜拉索多模态减振参数优化研究。研究结果表明：ECIMD的等效电涡流阻尼系数随激振频率的增大表现出逐渐降低的趋势,该特征对斜拉索多模态振动控制尤为有利;考虑斜拉索垂度、抗弯刚度影响的两端固接斜拉索-ECIMD系统模型可用于保守预测斜拉索附加模态阻尼比;与VD相比,ECIMD对斜拉索单模态和多模态均具有更好的减振效果。     

采用粘滞流体阻尼器的工程结构减振设计研究

本文在对不同结构构造的粘滞流体阻尼器的耗能原理进行分析研究的基础上,研制了一种性能良好的阻尼器──双出杆型粘滞流体阻尼器(专利号ZL00219648.4)。试验研究表明,研制的流体阻尼器是一种无刚度的速度相关型阻尼器,阻尼器的阻尼力与活塞的运动速度近似呈线性关系。介绍了工程结构采用粘滞流体阻尼器的减振设计原理,对一栋框架结构建筑进行了减振计算。计算表明,流体阻尼器可有效地降低结构的振动反应,是一种性能良好的消能减振装置。