基于多模态耦合颤振理论桥梁颤振MTMD控制鲁棒性分析

基于多模态耦合颤振理论和结构的固有模态坐标,导出带有多重调谐质量阻尼器(MTMD)桥梁系统颤振运动微分方程。通过将系统广义位移和速度作为状态空间向量,进一步将系统颤振运动微分方程转化为状态空间方程,最后将带MTMD桥梁颤振问题归结为数学上一个非对称实矩阵的广义特性值问题,并编制了多模态耦合颤振MTMD控制和参数分析程序。以崖门斜拉桥为算例,分析了MTMD对桥梁颤振控制的有效性和鲁棒性,计算结果表明与传统TMD相比,MTMD具有更高的鲁棒性。     

大跨度桥梁耦合颤振的全阶分析方法

基于结构的有限元全物理模型，提出了用于分析大跨度桥梁耦合颤振问题的全阶分析方法。该方法是一种单参数搜索方法，克服了以往直接颤振分析方法的一些缺陷。由于大型稀疏矩阵均为带宽压缩方式存储，并且采用高效的同时迭代方法进行求解，所以本文方法具有较高的效率。它能准确地提供系统模态频率和阻尼比随折减风速或自然风速而变化的全过程情况。此外，对主跨跨度1385m的江阴长江大桥进行了耦合颤振分析，证实了该方法在实际桥梁颤振分析中的可靠性的有效性。     

大跨度桥梁颤振抑制的控制律

大跨度桥梁的颤振是一种危险的发散的自激性运动，在桥梁的设计和使用中要绝对避免发生。本文将主动控制技术引入桥梁颤振抑制，并给出了桥梁颤振的主动抑制、半主动抑制的控制律设计方法。     

平板断面扭弯耦合颤振机理研究

基于二维三自由度耦合颤振分析方法,对平板断面经典扭弯耦合颤振的颤振驱动机理和颤振形态进行了深入研究。研究结果表明经典扭弯耦合颤振仍然是由气动负阻尼驱动的,“气动刚度驱动”的机理解释是不正确的,而气动负阻尼主要来源于系统扭转和竖向自由度运动之间的耦合效应。颤振形态矢量的分析结果显示经典扭弯耦合颤振发生时竖向自由度参与程度较高,表明扭转和竖向自由度的耦合效应相当强烈。对颤振形态同结构扭弯频率比以及颤振形态同结构颤振性能的关系进行了分析,虽然颤振形态同结构扭弯频率比之间存在简单、唯一的对应关系,但颤振形态同结构颤振性能的关系则比较复杂。最后对发生于平板断面的竖弯形态颤振的机理进行了探讨。     

桥梁断面颤振导数识别的耦合自由振动方法

通过对系统复模态的特征分析发现,只要给定一个折减风速,就可以唯一地确定出系统的振动模态参数;反之,如果已知某一折减风速(或折减频率)时系统的振动模态参数,将可以确定出对应于该折减风速的桥梁断面各颤振导数。基于该思想,建立了从系统振动模态参数确定桥梁断面颤振导数的方法,该方法理论严密,并根本上克服了现有耦合自由振动颤振导数识别方法存在的缺陷。通过数值算例对该桥梁断面颤振导数识别方法的可靠性和适用性进行了有效的验证,且该识别方法能够对桥面颤振发散后的颤振导数进行识别。     

桥梁颤振气动导数辨识的随机激励法

针对桥梁颤振气动导数辨识提出非经典线性系统参数辨识的随机激励法,能够同步识别出桥梁模型中全部的八个颤振气动导数.该方法基于载荷辨识原理,避免讨论非经典线性系统模态矩阵对称性的问题.通过仿真算例,说明此方法识别结果稳定,并具有一定的抗噪干扰能力,在工程应用上具有一定的意义.     

桥梁颤振概率性评价的随机有限元法

在桥梁的各种风振形式当中,颤振对桥梁的安全威胁最大,而在各种随机因素作用下的桥梁颤振概率性评价也受到了人们的重视。为了计算大跨度桥梁的颤振失效概率,推出了一种结合有限元分析和可靠度计算理论的随机有限元方法,考虑了质量、刚度、阻尼和颤振导数等随机因素对颤振临界风速的影响,并对我国第一座真正意义上的大跨度海上桥梁——东海大桥颗珠山斜拉桥进行了颤振可靠性分析。     

桥梁风致颤振临界状态的全域自动搜索法

本文进一步完善了桥梁风致颤振三维分析的多模态参与单参数搜索M-S法:实现了无量纲风速范围内多个可能颤振形态的全域自动搜索;构造了考虑结构阻尼的自动迭代法;分析过程不需任何人工干预。文末虎门桥算例展示了本文方法的优点:计算过程不需人工干预,计算结果稳定。改进后的方法已在作者开发的大跨度桥梁空间静动力分析NACS程序的Windows版本中实现。桥梁设计人员可以直接应用NACS程序方便快捷地预测桥梁的颤振临界风速,也可供桥梁抗风研究应用。     

桥梁颤振导数的耦合强迫振动仿真识别

提出了一种新的桥梁颤振导数识别方法——耦合强迫振动识别法，并采用CFD仿真桥梁节段模型的耦合强迫振动，通过数值计算节段模型上的颤振自激力，识别出节段模型的颤振导数。以丹麦的大带东桥为例，用仿真耦合强迫振动法识别了该桥梁节段模型的8个颤振导数，并计算了颤振临界风速，其计算结果与风洞试验结果一致，证明了所提出的耦合强迫振动识别法及数值仿真识别方法是可行的。     

桥梁颤振气动导数识别的ERA算法及其仿真实现

颤振气动导数识别是桥梁颤振理论研究的核心与关键问题,现有文献的主要方法是基于对系统自由振动响应数据的拟合,通过时域模态分析方法识别颤振气动导数.针对均匀流场中桥梁气动弹性的非经典线性动力系统,运用基于相关函数矩阵的特征系统实现法,通过分析系统在不可测量的白噪声激励下的响应,辨识出桥梁非经典模型的特征参数,并利用这些参数恢复模型的系统矩阵进而实现最终的颤振气动导数的识别.数值仿真算例表明本文的方法具有较高的数值稳定性和辨识精度.     

大跨度斜拉桥颤振主动控制研究

对受气动荷载作用的大跨度斜拉桥进行分析,对安装主动质量阻尼器（ＡＭＤ）的斜拉桥建立了全桥的三维运动方程,采用实模态对运动方程进行降阶,并根据最优控制理论,对ＡＭＤ用于大跨度斜拉桥的颤振实施主动控制进行了理论研究,推导了ＡＭＤ用于控制斜拉桥颤振的理论公式,并编写了相应的计算程序。最后,以一座斜拉桥为例,分析了ＡＭＤ对颤振的主动控制效果。     

主梁上方安装固定风板抑制悬索桥颤振的研究

推演了主梁上方安装固定风板后整个桥梁主梁气动截面的自激力表达式及主梁单元气动刚度和气动阻尼矩阵的表达式。以某悬索桥设计方案为工程背景,应用多模态颤振分析方法,研究了在主梁上方安装固定风板这种控制措施对改善系统颤振稳定性的效果。分析结果表明,主梁上方安装固定风板对悬索桥颤振是一种有效的气动控制措施。     

独桩平台波浪反应的调谐质量阻尼器控制研究

本文采用调谐质量阻尼器（TMD）铎独平台的波浪反应进行控制,不仅对受控结构的波浪反应进行了随机振动分析,而且还通过一算例讨论了TMD的参数对控制效果的影响,计算结果表明,适当选择TMD的参数的确可以有效地控制独桩平台的波浪反应,因此TMD在简易平台的振动控制领域同样也有着良好的应用前景。     

某超高层建筑TMD风振控制分析

某超高层建筑总高度492m，风致振动将控制结构的荷载和舒适度。为减小风振响应，提高结构舒适度，拟在第90层设置两个相同调频质量阻尼器。将该超高层建筑简化为14质点多自由度体系，利用高频天平实验结果，在时域内计算了结构在受控与不受控情况下的风振响应，分析了调频质量阻尼器的控制效果，给出了设计方案。     

桥梁气动导数的识别及模型参数对气动导数的影响

提出了一种利用节段模型的自由振动响应数据识别桥梁断面气动导数的新方法—总体最小二乘时域法，该方法试验装置简单，避免了识别过程中参数选择带来的影响并且具有很高的精度和收敛性。针对自由振动测试技术在高风速下因竖弯方向气动阻尼太大、信号衰减过快导致识别不能进行的问题，本文改变模型的质量、质量惯矩及扭弯频率比进行了一系列试验，说明可以通过增加模型质量和质量惯矩的方法得到足够用于桥梁颤振分析的气动导数。将得出的江阴桥模型的试验结果与Ｓｃａｎｌａｎ方法的结果进行了对比，并且根据它算出的颤振风速在全桥气弹模型上得到了验证。     

平行双箱梁桥面颤振稳定性试验研究

在建的佛山平胜大桥和设计中的青岛海湾桥红岛航道桥方案分别是具有平行双箱梁的独塔自锚式悬索桥和独塔斜拉桥，对两座桥梁的单、双桥面弹性悬挂节段模型风洞试验结果表明双桥面之间存在不可忽略的气动干扰效应，从而使桥梁在单、双桥面状态时的颤振临界风速不同。以平胜桥主梁节段模型为基础的一系列风洞试验研究表明，平行双箱梁桥面主梁的颤振临界风速与两桥面之间的距离有关系，双桥面的颤振临界风速随两桥面之间距离D值的增大而增加。与单桥面状态相比较，平行双箱梁桥面的颤振导数也有相应的变化，且这种变化和两桥面之间的距离D也有关系。     

移动荷载作用下的桥梁振动及其TMD控制

为了全面地了解移动荷载作用下桥梁的振动机理及其调质阻尼器(TMD)控制,将列车简化成移动简谐力模型,对列车过桥时桥梁的振动形态幅频特性作了详细的探讨。然后论述了移动荷载作用下的TMD控制。给出了桥梁在不同速度下的幅频特性曲线以及TMD控制的质量比影响曲线,揭示了移动荷载作用下的桥梁振动及其控制的特点,同时为进一步的桥梁振动控制提供详尽的参考数据。     

伺服电机TMD控制系统的研制与振动台试验

介绍了用伺服电机作为可调阻尼器的ＴＭＤ控制系统（简称伺服电机ＴＭＤ系统）的研制以及振动台试验情况。本系统由可调质量、可调弹簧和可调阻尼器组成,控制系统的参数可以根据受控结构的动力特性进行调整,以达到最佳的控制效果。通过对这一系统进行自由振动试验、不同阻 试验,对系统的动力特性和减震性能有了比较深入的了解。通过对安装这一系统的框架结构模型进行了地震模拟振动台试验,证明了这种控制系统具有较好的控制效果     

大跨空间网壳结构减震控制的研究与发展

大跨空间网壳结构一般为重要性建筑,其抗震性能的优劣关系到人民生命和巨大的国家经济财产的安全,对其实施可靠的抗震保护措施是非常必要的。目前,将结构振动控制技术应用到大跨网壳结构的抗震研究中是一种新型的抗震理念。介绍了大跨网壳结构减震控制的研究现状,并提出了将来应着重解决的若干问题。     

TMD对列车作用下大跨钢桁架桥的振动控制研究

南京长江大桥是连接我国南北的重要交通命脉,考虑到列车引起的振动对该桥危害较大,有必要采取有效措施对其进行振动控制。结合车桥动力方程,有限元分析时将列车经过大桥全过程的桥梁结构作为时变系统来考虑,基于ANSYS平台编制了动力时程响应分析程序。据此研究了调谐质量阻尼器(TMD)在该桥减振控制中的参数敏感性和控制效果,并对比分析了列车时速对减振效果的影响。结果表明,TMD在其刚度和阻尼系数取值合理时可达到最优控制效果;设计TMD对该桥列车致振动竖向加速度的控制效果明显,且在列车时速较高时减振效果更加显著。