大跨度三塔連跨懸索橋風(fēng)致抖振及其MTMD控制研究.pdf

1、三塔連跨懸索橋是在兩塔懸索橋的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新橋型，中塔的引入使得其動(dòng)靜力特性較之兩塔懸索橋更加復(fù)雜。隨著橋梁跨度的增加，強(qiáng)風(fēng)作用下大跨度三塔連跨懸索橋的風(fēng)致抖振問(wèn)題日益顯著，其風(fēng)致抖振精細(xì)化與振動(dòng)控制研究備受關(guān)注。本文以泰州大橋?yàn)楣こ瘫尘?，緊緊圍繞三塔連跨懸索橋風(fēng)致抖振和MTMD減振控制兩大研究熱點(diǎn)，結(jié)合泰州大橋橋址區(qū)實(shí)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)和大型有限元分析軟件ANSYS，開(kāi)展大跨度三塔連跨懸索橋風(fēng)致抖振及其MTMD控制研究。主要研究?jī)?nèi)容包括

2、:
　　1.泰州大橋有限元建模及其動(dòng)力特性分析。根據(jù)泰州大橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)在ANSYS中建立了結(jié)構(gòu)三維有限元模型，從而采用子空間迭代法計(jì)算了泰州大橋的模態(tài)參數(shù)。根據(jù)泰州大橋成橋試驗(yàn)及模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將實(shí)測(cè)模態(tài)參數(shù)與計(jì)算模態(tài)參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，以驗(yàn)證所建立的泰州大橋有限元模型的準(zhǔn)確性。
　　2.泰州大橋橋址區(qū)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)平穩(wěn)與非平穩(wěn)特性現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究。以臺(tái)風(fēng)“娜基莉”為研究背景，根據(jù)泰州大橋橋址區(qū)實(shí)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)開(kāi)展了實(shí)測(cè)強(qiáng)風(fēng)平穩(wěn)與非平穩(wěn)特性對(duì)比研

3、究。通過(guò)游程檢驗(yàn)法對(duì)風(fēng)速時(shí)程的均值與方差進(jìn)行了非平穩(wěn)性檢驗(yàn)，從而定量評(píng)估了基本時(shí)距內(nèi)風(fēng)速的非平穩(wěn)比例?；谄椒€(wěn)與非平穩(wěn)風(fēng)速模型分析了臺(tái)風(fēng)的平均風(fēng)特性、紊流強(qiáng)度、陣風(fēng)因子、紊流積分尺度和紊流功率譜密度等具體風(fēng)特性參數(shù)。
　　3.基于插值函數(shù)的三塔連跨懸索橋簡(jiǎn)化三維脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)模擬。傳統(tǒng)諧波合成法在模擬脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)需進(jìn)行大量的Cholesky分解，其直接制約了算法的計(jì)算效率。本文通過(guò)對(duì)Cholesky分解矩陣引入插值近似以減少Cholesk

4、y分解的次數(shù)，從而大幅度提高了傳統(tǒng)諧波合成法的計(jì)算效率。采用簡(jiǎn)化風(fēng)場(chǎng)模擬方法，在保證足夠模擬精度的前提下，實(shí)現(xiàn)了三塔連跨懸索橋三維脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)的快速有效模擬。
　　4.基于平穩(wěn)與非平穩(wěn)風(fēng)譜的三塔連跨懸索橋抖振性能對(duì)比研究。鑒于平穩(wěn)與非平穩(wěn)風(fēng)速模型的差異，根據(jù)Davenport準(zhǔn)定常理論分別推導(dǎo)了平穩(wěn)與非平穩(wěn)靜風(fēng)荷載、抖振力和自激力模型?；谒M的橋址區(qū)平穩(wěn)與非平穩(wěn)三維脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)，結(jié)合泰州大橋三維有限元模型，從而開(kāi)展了三塔連跨懸索橋平穩(wěn)