大跨度斜拉桥颤振被动控制的研究

本文研究了利用调频质量阻尼器（ＴＭＤ）进行斜拉桥颤振的被动控制，提出了用ＴＭＤ提高斜拉桥颤振临界风速的分析理论，建立了受ＴＭＤ控制的在气动荷载作用下的斜拉桥的三维运动方程及ＴＭＤ的运动方程，引入状态空间向量，求解了受控斜拉桥的颤振临界风速。计算结果表明，ＴＭＤ可以提高斜拉桥的颤振临界风速。     

用调质阻尼器控制桥梁颤振

本文建立了具有被动调质阻尼器（ＴＭＤ）的桥梁在边界层风场中的系统颤振运动方程，导出了系统的特征方程。根据霍维茨定理，求解颤振临界风速。以汕头海湾大桥为对象，分析了ＴＭＤ对提高颤振临界风速的有效性，及ＴＭＤ参数对控制效果的影响。     

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。     

大跨度桥梁典型断面颤振机理

该文建立了箱梁表面压力与颤振导数之间的数学关系,探讨了表面压力的分布特性对箱梁颤振导数和颤振临界风速的影响。结合流固松耦合的计算方法,利用动网格技术模拟了箱梁的风致振动。采用分块分析方法研究了箱梁表面压力的局部特性对颤振导数以及系统振动能量的影响。研究结果表明：箱梁迎风侧风嘴附近的分布压力对模型振动的稳定性产生了不利的影响,而模型尾部的压力则有助于提高系统的颤振临界风速。当迎风侧的分布压力向模型尾部移动时,对箱梁颤振稳定性影响较大的颤振导数则会发生较显著的变化,箱梁的颤振临界风速也随之增加,因此断面迎风侧风嘴附近区域的分布压力对颤振导数和系统振动的稳定性影响最大。另外,迎风侧风嘴附近的区域也是振动系统吸收气动能量的主要部位,而箱梁尾部风嘴附近的区域则消耗系统的振动能量。箱梁表面压力与模型振动最大位移之间的相位差对颤振导数有较大影响,当相位差沿断面呈反对称分布,并使气动阻尼始终为负时,则有利于箱梁颤振的稳定性。     

三维平板颤振实用公式的精确拟合

本文根据桥梁日益长大化和桥面流线化的趋势，讨论了平板颤振实用公式的精确化问题。与原来基于刚性节段型的二维颤振计算相比，引入了广义质量和广义惯性矩来考虑主梁断面沿跨度的变化；同时，还用振型相似系数来考虑振型不相似的影响进行了三维颤振分析。根据该理论，编制了计算程序，得到与Ｋｌｏｐｐｅｌ／Ｔｈｉｅｌｅ诺模图相类似的结果；经过回归分析，提出了用于计算三维平板颤振临界风速较为精确的实用计算公式，并与常用的ＶａｎｄｅＰｕｔ实用公式进行了对比。     

小垂度索振动主动控制及其不可控运动研究

研究了利用支承轴向移动对小垂度索振动实施主动控制的方法,对出现的不可控模态运动给出了物理解释,探讨了在索上附加阻尼器对不可控模态运动的影响。利用支承轴向移动对小垂度索自由振动实施主动控制进行了数值仿真研究;对在索上附加的阻尼器不可控模态运动的影响进行了数值仿真研究。     

基于智能阻尼器的大跨度斜拉桥多支承激励地震振动控制

以磁流变阻尼器作为控制装置,采用Clipped-Optimal控制算法,分析Benchmark斜拉桥在受到多点地震激励下的半主动控制效果;分析了同一主动控制系统在控制斜拉桥分别受到一致激励和多点激励情况下的控制效果,并与半主动控制效果进行了比较。由于磁流变液阻尼器为可控制耗能装置,并不增加受控体系的机械能,在本质上可以保证控制系统的稳定性。数值分析表明:该半主动控制策略可以取得与主动控制相当的控制效果,甚至在某些方面还超过主动控制系统,因此,磁流变阻尼器可以有效地控制受到多点激励的大跨度斜拉桥地震振动。     

高超声速机翼颤振的LQR主动控制系统设计

基于LQR（Linear Quadratic Regulator）方法研究了高超声速机翼颤振的主动控制系统的设计。首先,针对同时具有结构立方非线性和气动非线性的高超声速飞行器的二元机翼模型,通过对其在零平衡点的特征值进行分析,得到系统的Hopf分叉点。然后确定系统的性能指标,基于LQR方法设计了高超声速机翼颤振主动控制系统,有效地抑制了Hopf分叉点处持续振荡的颤振,算法简单,易于工程实现。最后通过仿真验证了控制方法的有效性。     

ATMD对斜拉桥抖振减振的控制设计模型研究

对斜拉桥的大幅风致抖振宜采用ATMD(active tuned mass dampers)减振,且为实现控制器设计需建立针对复杂模型降阶后的控制设计模型。在建立风荷载作用下斜拉桥与ATMD组合系统模型的基础上,将Hankel范数与模态分析相结合,提出目标含义明确且考虑外激励影响的ATMD/传感器配置指标,以及能够同时表征结构振动的可控可观性能和外激励影响程度的模态选择指标;采用模态叠加法,实现在控制设计模型的模态组成中模态阶次的准确定位和构成,并使模型具有良好的可控可观性能。以南京长江三桥的抖振减振为例,给出了ATMD/加速度传感器的配置优化和模态选择的实施过程,建立了ATMD对斜拉桥抖振减振的控制设计模型。数值计算结果表明,所建的控制设计模型的动力性能与原系统模型有较好的一致性。     

基于压重块型TMD的大跨度斜拉桥减震控制

利用电磁阻尼单元代替经典调谐质量阻尼器中的黏性阻尼单元,形成一种具有结构减振功能的新型电磁谐振式调谐质量阻尼器(electromagnetic shunt tuned mass damper,EMS-TMD)。为进一步提升阻尼器的减振性能和鲁棒性,设计了双重电磁谐振式调谐质量阻尼器(DEMS-TMD)减振方案。依据达朗伯定理,建立地震作用下DEMS-TMD与单自由度结构耦合振动系统的动力学模型。利用蒙特卡洛-模式搜索法数值优化方法,以主结构位移的动力放大系数最大值最小为目标函数,优化得到DEMS-TMD的结构频率比、电子频率比、电磁阻尼比和机电耦合系数的最优参数,为减振参数设计提供理论指导。通过频域和时域两种方法仿真分析了DEMS-TMD对结构的减振性能。结果表明：在频域分析中,DEMS-TMD的主结构位移峰值和频响面积均优于传统并联双调谐质量阻尼器(double tuned mass damper,DTMD);在时域分析中,DEMS-TMD对结构位移、加速度峰值和均方根的减振性能均优于传统DTMD,有效地提高了对结构的减振效果。

     

洞庭湖大桥斜拉索减振试验研究

采用磁流变（MR）阻尼器对我国第一座三塔斜拉桥－湖南岳阳洞庭湖大桥斜拉索的减振问题进行了试验研究。内容包括：（1）设计试验装置；（2）不装阻尼器的斜拉自由振动试验；（3）装有MR阻尼器的斜拉自由振动试验。试验结构表明，安装MR阻尼器可显著提高斜拉索的模态阻尼比。通过模态阻尼比随MR阻尼器外加电压变化的关系，可得出拉索等效模态阻尼比的优化值，为实现拉索的有效减振提供了科学依据。     

AMD控制结构地震反应的试验研究

采用二次型调节器（ＬＱ）和Ｈ∞两种算法设计了主动质量控制器（ＡＭＤ）的控制策略，并利用该控制策略对ＡＭＤ控制结构地震反应进行了试验研究，试验中分别对模型输入了不同频谱成分的地震波。通过试验，研究了ＡＭＤ控制高层建筑地震反应的可行性，并比较了两种控制策略控制结构地震反应的特点。     

斜拉索的风振与减振

斜拉索是效率极高的全张力柔性构件，在现代大跨结构中得到广泛的应用。其风致振动和减振问题一直是该领域研究的关键问题之一。本文阐述了斜拉索各种风振形式的振动机理和实际工程中常用的减振方法以及国内外该领域目前的研究状况。最后对斜拉索风振与减振研究的发展趋势进行了展望，指出了辅助索减振法、MTMD减振法、智能拉索、振动优化控制理论将是未来该领域研究重点，有着明显的应用前景。     

考虑多模态气动耦合效应桥梁颤振TMD控制参数分析

基于多模态耦合颤振理论,导出带有被动调质阻尼器(TMD)桥梁多模态耦合颤振系统运动方程。通过PK-F法求解系统颤振运动方程,并编制了多模态耦合颤振TMD控制和参数分析程序。以崖门斜拉桥为例,分析了TMD对桥梁颤振控制的有效性和气动导数、结构参数、TMD参数等对颤振控制效果的影响,并讨论了TMD对桥梁颤振控制的机理。     

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。     

用于杨浦大桥抖振控制的MTMD研究

研究了利用多重调谐质量阻尼器（ＭＴＭＤ）系统控制杨浦大桥抖振的基本方法。提出了分析ＭＴＭＤ系统频率特性的方法和一种新的杠杆式ＴＭＤ结构形式。研究表明ＭＴＭＤ系统的控制效率与它的中心频率比和频率带宽比有很大关系。杠杆式ＴＭＤ与传统ＴＭＤ相比，对安装的净空要求较低。设计了分别对应不同质量比的七种ＭＴＭＤ系统。根据需要的控制效率和许可的预算，可任意选取一组用于对杨浦大桥的抖振控制     

磁流变阻尼器对斜拉索减振效果的试验研究

采用磁流变阻尼器作为被动控制器件，以钱江三桥南岸154m长的斜拉索为试验对象．通过阶跃激励的方法获得斜拉索振动的自由衰减信号。对采集到的信号进行小波分解、希尔伯特变换识别系统的等效阻尼比。据此来判断磁流变阻尼器在施加不同电压情况下对索前三阶模态振动的减振效果，并与油阻尼器的制振效果进行比较。试验结果表明磁流变阻尼器作为被动控制器件时制振效果明显，优于油阻尼器且控制的频域范围要比油阻尼器的广；当供电失效时也可满足索减振的要求。索的各阶共振峰频率在安装MR阻尼器后发生稍许漂移。     

粘滞阻尼器拱桥结构减震控制研究

基于现代控制理论,将设有粘滞阻尼器耗能支撑的拱桥减震结构看作一控制系统,利用MATLAB中的SIMULINK工具箱对拱桥减震结构进行动态仿真分析,研究粘滞阻尼器参数选择以及在受到地震激励作用下该被动减震系统用于拱桥的减震效果。对粘滞阻尼器采用简化M axwell模型,就其阻尼器的阻尼系数、速度指数等参数的取值进行了详细的模拟计算与分析,证实对于算例中的拱桥结构所采用的粘滞阻尼器计算模型,在一定范围内,速度指数取0.6~0.9之间,结构反应最小。拱桥减震结构动态仿真分析结果表明:安装了粘滞阻尼耗能支撑的拱桥地震动力反应有较明显地减小。