王克海, 朱晞[1]2002年在《斜拉桥结构基于模态分析的减震控制研究》文中认为本文提出基于模态分析的线性二次最优减震控制算法和基于模态分析的滑动状态减震控制算法,并将这两种算法应用于斜拉桥结构的减震控制中。通过仿真控制研究表明这两种算法对大跨度斜拉桥结构的减震控制是可行的有效的。但就本文算例而言,基于模态分析的滑动状态减震控制比线性二次最优控制用较少的外部能量就可达到较好的控制效果。
王克海[2]1999年在《斜拉桥结构基于模态分析的减震控制研究》文中研究说明斜拉桥结构是新型的大跨柔性结构,这种桥梁不仅造价低、造型美,而且跨越能力大,已得到国内外学者和工程技术人员的重视。近些年人们对其结构分析和抗震设计方面予以较多的关注。另一方面,建筑结构的振动控制已取得了许多研究成果,但对斜拉桥结构的减震控制的研究还非常薄弱。正是基于此,本文开展了对大跨斜拉桥结构基于模态分析的减震主动控制研究。本文的主要工作如下:第二章建立了斜拉桥结构震动控制的分析模型,分析了两个斜拉桥算例未控时动力性态和地震响应,在地震响应分析中运用了改进的振型叠加法。第三章推导了基于模态分析的线性二次最优控制算法,并对一个简单伸臂梁算例进行了仿真控制分析。第四章运用基于模态分析的线性二次最优控制算法对两个斜拉桥算例进行了仿真控制研究。第五章推导了基于模态分析滑动状态控制算法,并对第三章的算例进行了这种算法下的仿真控制研究。第六章运用基于模态分析的滑动状态控制算法,对两个斜拉桥的算例进行了仿真控制研究。研究结果表明:本文采用的基于模态分析的控制技术,无论是线性二次最优控制还是滑动状态控制是可行的。基于模态分析的滑动状态控制比线性二次最优控制用较少的外部能量可得到较好的控制效果,基于模态分析的滑动状态控制是一种有研究、开发价值的控制算法和控制方法。
周士金[3]2010年在《CFRP拉索斜拉桥的动力分析与地震响应控制研究》文中进行了进一步梳理碳纤维增强聚合材料(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳等优良性能,引起了土木工程界的广泛重视。将CFRP用作大跨径斜拉桥的拉索,不仅可以充分利用其高强性能,而且可以基本解决传统斜拉索的腐蚀退化问题,同时在减轻斜拉桥上部结构自重、提高斜拉桥跨越能力和承载效率等方面都会产生积极作用。目前,国内外对于CFRP拉索应用于斜拉桥的相关研究和实际工程还不多,而CFRP索试验桥动态试验和长大跨CFRP索斜拉桥减震控制研究更是少见。为此,本论文依托国家自然科学基金项目(50678074),围绕国内首座CFRP拉索试验桥的模态试验、超大跨CFRP拉索斜拉桥的动力特性与地震响应分析以及减震控制研究等内容进行了探讨,主要研究内容概括如下:1.CFRP索斜拉试验桥的模态试验及动力分析。在已有静载试验的基础上,对试验桥进行了模态试验分析,详细介绍了模态试验的激励方式、信号采集系统和方法、主要测试的内容和数据处理等,并将有限元模型的计算结果与试验实测结果进行对比分析;利用试验桥上预设的实时测点,合理安排测试时段,按时采集试验桥及其拉索的实时测试数据,分析混凝土、CFRP材料的徐变和收缩对试验桥力学性能的影响;采用等轴向刚度的准则进行试验桥拉索的替换,分析两种索斜拉试验桥的动力特性和地震响应情况。2.CFRP索超大跨斜拉桥非线性动力特性分析。概括了斜拉桥结构动力分析和研究的现状、主要内容及常用方法;在课题组已有的研究成果和试验基础上,进一步建立和完善主跨千米级的CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥有限元计算模型,采用子空间迭代法对比分析了两种拉索斜拉桥的主要自振频率和振型。3.CFRP索超大跨斜拉桥地震响应分析与抗震验算。介绍CFRP索大跨斜拉桥的地震响应分析研究现状,阐述了大跨度桥梁抗震的一般设计方法和地震波的输入问题;在动力特性分析模型的基础上,进一步修正计算模型,采用时程分析法对比分析两种拉索斜拉桥诸多项目的地震响应时程和关键截面的响应峰值;最后对两种索斜拉桥的抗震性能进行了验算和评价。4.CFRP索超大跨斜拉桥减震控制研究。在CFRP索斜拉桥减震控制探索性研究中,本文采用弹性连接装置和粘滞阻尼器两种减震装置,选取的目标函数包括:主梁端纵桥向位移、主梁跨中竖向位移、桥塔顶纵桥向位移、桥塔底弯矩以及减震装置的内力和变形。通过参数敏感性分析,综合考虑各目标函数值,选取合理的弹性连接刚度k、阻尼系数C和速度指数α,同时比较分析两种减震措施分别对于两种索斜拉桥的减震效果优劣。本文通过以上的研究获得了第一手的试验分析数据和拓展研究的结果及结论,这将为CFRP索斜拉试验桥后期测试和性能评估打下坚实的基础,同时为CFRP索大跨斜拉桥动力特性和抗震性能的分析提供一定的理论依据和实际参考,也为CFRP索大跨斜拉桥减震控制作出了探索性研究。
王克海, 朱晞[4]2001年在《斜拉桥基于模态分析的滑动状态减震控制研究》文中指出提出了先按振型特征和振型贡献率挑选主导模态 ,再用连续的或开关的滑动状态技术进行减震控制的分析方法 ,并应用于斜拉桥结构的减震控制中。在工程中可实施的仿真控制精度和控制范围内实现了对大跨桥梁结构减震控制的仿真分析。大跨度斜拉桥的算例说明了这一技术是可行、有效的。
蔡东升[5]2013年在《CFRP索长大跨斜拉桥结构非线性动力学行为研究》文中进行了进一步梳理在桥梁工程中,传统钢拉索的锈蚀、承载效率问题随着结构跨度增加显得日益突出,新型缆索替代材料的研究成为研究热点之一。具有高强、轻质、抗疲劳、耐腐蚀等优良性能的碳纤维增强复合材料(CFRP)作为长大跨径斜拉桥的拉索,既可以充分利用其高强性能,又能基本解决传统斜拉索的上述问题,还可以有效的降低斜拉桥上部结构自重,有效提升拉索承载效率和斜拉桥跨越能力。目前,国内外CFRP索长大跨斜拉桥结构非线性动力学方面的系统研究相对较少。本文结合国家自然科学基金资助项目‘CFRP索预应力大跨结构(桥梁与房屋)非线性分析与控制(50678074)”和“基于高性能材料CFRP索的超大跨桥梁原型设计与相关问题研究(51078170)”的研究,通过国内首座CFRP索斜拉试验桥试验分析与非线性动力学理论研究,探索CFRP索长大跨斜拉桥结构非线性动力学性能,以期为CFRP索长大跨结构的开发应用研究提供科学依据。本文主要完成了以下工作：(1) CFRP索非线性静动力特性及参数分析拉索是斜拉桥的主要受力构件,相比于塔梁结构具有轻、柔和低阻尼等特点。由于斜拉索自重垂度的影响,拉索呈现出强非线性的特征。根据斜拉索计算分析理论,详细探讨了基于悬链线单元的CFRP拉索静动力学分析的方法体系,将其用于分析不同长度、不同应力水平的CFRP索静动力特性及参数分析,并与传统钢拉索进行了静动力特性对比分析,得到了一些有意义的结论。(2) CFRP索试验桥静载试验研究及有限元对比分析对国内首座CFRP索斜拉人行试验桥进行了静载试验研究,详细介绍了静载试验的主要内容和方法,进行CFRP索斜拉桥有限元分析,并将有限元分析的理论计算结果与该桥的试验实测结果进行了对比分析,为长大跨CFRP索有限元模型的建立提供基础数据和参考依据。(3) CFRP索斜拉试验桥动态性能试验及其动力学特性分析在已有静载试验数据的基础上,进行了试验桥动态性能试验研究,详细介绍了试验桥模态试验的激励方式、信号采集系统和测试方法及主要测试内容和数据处理等内容,并将有限元动态性能分析结果与试验实测结果进行了对比分析,明确CFRP索斜拉桥的动态特性；在实测动态特性数据基础上,对CFRP索斜拉试验桥与同跨度的钢索斜拉桥的动力学特性和地震响应情况进行了对比分析。(4) CFRP索长大跨斜拉桥非线性动力特性及地震响应分析建立主跨千米级的CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥有限元动力学分析模型,对比分析了CFRP索及钢索长大跨斜拉桥的动力学特性,利用时程分析法分析了CFRP索长大跨斜拉桥竖向位移、主跨跨中弯矩、塔顶位移等内容的地震响应时程及响应峰值；并与传统钢索长大跨斜拉桥响应结果进行对比分析,探讨了CFRP索长大跨斜拉桥的抗震性能。(5) CFRP索长大跨斜拉桥地震响应控制研究选取目标函数(梁端纵向位移、主梁跨中竖向位移、桥塔顶纵桥向位移、桥塔底弯矩以及减震装置的内力和变形),分析了设置弹性和非线性粘滞阻尼器装置的CFRP索长大跨斜拉桥的响应特点,通过参数灵敏度分析,在对目标函数值灵敏度分析的基础上,确定了CFRP索长大跨斜拉桥结构合理的弹性连接刚度k、阻尼系数C和速度指数a,并对比分析了两种减震措施对CFRP索及钢索长大跨斜拉桥的减震效果。研究结果表明：CFRP索及其长大跨斜拉桥结构的非线性动力学性能相比传统钢索及其长大跨斜拉桥结构在基本动力学特性上存在较大差异,尤其是扭转基频与规范中的计算结果差异较大；斜拉桥采用塔梁固结体系时,扭转振型出现的可能性更小；CFRP索斜拉桥的自振频率较钢索斜拉桥高,CFRP索试验桥的地震响应曲线峰值小于钢索斜拉桥,抗震性能优于传统钢索斜拉桥结构,在满足同样的减震要求时,CFRP索长大跨斜拉桥对减震装置设计参数的要求较低,在相同的阻尼器参数下,CFRP索长大跨斜拉桥减震效果优于传统钢索斜拉桥结构。本文主要研究内容可为CFRP材料更好更快地应用于长大跨(桥梁、房屋)结构提供理论依据与技术支撑。
耿方方[6]2014年在《近断层地震动作用下多塔斜拉桥结构减震控制研究》文中认为多塔斜拉桥结构的抗震性能与减震控制是目前国内外学术界与工程界的热点研究领域。为了保障多塔斜拉桥结构的抗震安全性,需要结合多塔斜拉桥的自身力学特性及其地震动特性展开深入的研究。本文围绕近断层地震动作用下多塔斜拉桥抗震安全这个主题,从多塔斜拉桥地震动强度指标、多塔斜拉桥结构抗震性能、多塔斜拉桥结构振动控制特性、多塔斜拉桥结构被动优化控制方法以及结构混合控制方法等5个方面较系统地开展近断层地震动作用下多塔斜拉桥结构减震控制研究,本文的主要工作和成果如下：1、开展了近断层地震动作用下结构地震动强度指标研究。提出了近断层地震动作用下适用于中长周期结构的地震动强度指标,结合最不利设计地震动概念,提出了适用于中长周期结构的最不利设计近断层地震动。在此基础上,针对不同场地条件及结构自振周期分别给出了7组最不利设计近断层地震动用于中长周期结构的动力时程分析。2、开展了近断层地震动作用下多塔斜拉桥抗震性能研究。重点讨论了近断层地震动作用下多塔斜拉桥采用纵向部分固结体系和纵向全自由体系的地震反应特点,明确了多塔斜拉桥采用不同纵向结构体系的主要控制目标。研究结果表明：近断层地震动作用下多塔斜拉桥采用纵向部分固结体系的主要控制目标是减小塔梁纵向固结处过大的塔底纵向内力,而纵向全自由体系主要是减小过大的塔底纵向弯矩、塔顶纵向位移以及塔梁和墩梁纵向相对位移。3、开展了近断层地震动作用下多塔斜拉桥振动控制特性研究。重点分析了近断层地震动作用下多塔斜拉桥不同纵向结构体系采用粘滞阻尼器和弹性拉索的振动控制特性,明确了近断层地震动作用下多塔斜拉桥不同纵向结构体系的适宜被动控制装置。研究结果表明：粘滞阻尼器应用于多塔斜拉桥纵向部分固结体系的减震控制效果优于弹性拉索,而粘滞阻尼器和弹性拉索都适用于多塔斜拉桥纵向全自由体系的减震控制。4、开展了近断层地震动作用下多塔斜拉桥被动控制方法研究。首先联合应用响应面法与多目标遗传算法提出了近断层地震动作用下多塔斜拉桥结构减震优化控制方法。在此基础上,针对多塔斜拉桥纵向部分固结体系塔底纵向内力控制的矛盾性,建立了采用粘滞阻尼器的被动控制优化分析方法；针对多塔斜拉桥纵向全自由体系提出了粘滞阻尼器和弹性拉索综合控制体系及其两阶段优化分析方法。5、开展了近断层地震动作用下多塔斜拉桥混合控制方法研究。采用经典线性最优控制算法和限界Hrovat最优控制算法开展了基于MR阻尼器的多塔斜拉桥半主动控制分析,给出了纵向部分固结体系和纵向全自由体系的最优半主动控制方案。在此基础上提出了多塔斜拉桥混合控制系统以“被动控制为主、半主动控制为辅”的设计策略,建立了多塔斜拉桥纵向部分固结体系和纵向全自由体系的混合控制方法。
薛树鹏[7]2013年在《多VDTMD对斜拉桥减震设计与效果分析研究》文中研究表明斜拉桥结构阻尼低,容易在动荷载的作用下发生振动,特别是在地震荷载作用下造成上部结构的大幅振动,致使结构位移过大,并在关键部位产生大的内力使结构破坏失效。因此,在加强斜拉桥的抗震设计之外,必要时需要采取减震措施。本文在总结国内外结构振动控制及斜拉桥减震的基础上,重点探讨了结构振动控制技术中分布式VDTMD (Variable-Damp Tuned Mass Damper)对斜拉桥地震响应的减震设计和效果分析,主要研究工作如下：1.结合被动式TMD(Tuned Mass Damper)和主动式ATMD (Active tuned Mass Damper)的参数优化设计方法,研究VDTMD的参数优化问题,分别探讨了以系统传递函数的H2/H∞范数为目标函数的优化设计方法。2.以三层框架结构为例,进行VDTMD的参数优化和半主动控制设计。分别对采用H2/H∞理论优化设计的VDTMD进行结构地震响应的动力仿真,分析其在框架结构密频和非密频状态时的减震效果和鲁棒性能,并与相应的TMD和ATMD的减震效果进行对比,验证了VDTMD的良好减震性能。3.分别针对斜拉桥施工状态以及成桥状态,建立了用于控制设计的结构模型。对斜拉桥结构动力特性和地震响应特征进行分析,并针对结构响应主要贡献振型实现了分布式多个TMD、ATMD和VDTMD的优化设计。对处于施工阶段和成桥状态的斜拉桥在不同激励时进行仿真计算,通过与TMD、ATMD进行对比,分析和验证了分布式VDTMD的良好减震效果。
胡九战[8]2014年在《分布式TMD对斜拉桥减震的配置和参数优化研究》文中研究说明斜拉桥结构阻尼低、柔度大,在地震荷载作用下会导致上部结构的大幅振动,易在关键部位产生大的内力而使结构破坏失效,因此需要采取安装TMD(tuned mass dampers)等措施进行减震。作为大型空间柔性结构,斜拉桥具有复杂的静动力特性,往往表现出主频低,模态密集的特性。因此,需要采用分布式TMD以实现对结构的多阶模态振动减震,进而通过合理的方法来实现多TMD的配置和参数优化。本文在总结国内外结构振动控制及斜拉桥减震的基础上,探讨用基于模态坐标表示的H2范数指标实现斜拉桥减震的TMD的配置优化,以及基于H2性能的梯度优化法实现分布式TMD的参数优化,并对减震效果进行分析。主要研究工作如下：1.用基于模态坐标表示的H2范数,建立考虑了外界激励影响的针对TMD配置优化的指标,提供了一种能够实现定量分析TMD配置数量和位置的方法；建立分布式TMD对地震激励下多自由度结构实现多模态减震的力学模型,并表达为闭环静力反馈控制的形式,研究了具有较高优化效率的基于H2性能的梯度优化法,实现了对多模态调谐减震的TMD的参数同步整体优化。2.以构建的理想三自由度密频结构为例,进行分布式TMD的优化设计。引入以控制输出分量表示的无量纲评价指标,优化得到了具有相对普适性的控制输出权重,进而利用基于H2性能的梯度优化法实现了TMD的参数优化。经过与经典TMD优化方法的对比,验证了基于H2性能的梯度优化法优化所得的TMD在针对多模态密频结构减震时具有更好的性能。3.分别针对斜拉桥施工状态及成桥状态,建立了用于控制设计的结构模型,对斜拉桥结构动力特性和响应特征进行分析。利用基于H2范数的配置指标定量分析了TMD最优安装位置和数量,结果表明通过该指标配置的TMD数量和位置更具敏感性,并考虑了外激励的影响,达到了更好的TMD配置效果；利用基于H2性能的梯度优化法和经典方法优化了配置的TMD的参数,多个角度评价和分析了不同地震波输入时两种方法TMD的减震效果,结果表明利用基于H2性能的梯度优化法优化的TMD对频率密集的斜拉桥结构能够取得更好的减震效果。
师少辉[9]2011年在《多TMD对斜拉桥减震设计与效果分析研究》文中研究表明大跨度斜拉桥作为大型的复杂空间结构,具有柔性大、阻尼低的特点,容易在动力荷载的作用下发生振动。特别在地震荷载作用下,会容易造成上部结构的大幅振动并在关键部位产生大的内力,从而导致结构破坏失效。因此,斜拉桥的抗震设计尤为重要。本文在总结国内外结构振动控制及斜拉桥减震的基础上,探讨了结构振动控制技术中分布式多个调谐质量阻尼器(Multi-TMDs)对斜拉桥的减震设计和效果分析,主要研究工作如下：1.研究TMD的参数优化问题。分别探讨了以动力放大系数为性能目标函数的传统TMD优化方法,以及基于现代控制理论以系统传递函数的H2/H∞范数为目标函数的H2/H∞优化设计方法,并将这三种优化方法的计算过程通过Matlab程序实现。2.以一个简单三层框架结构为例,进行分布式多个TMD的优化设计和控制。分别针对非密频结构和密频结构,分析探讨不同TMD优化方法对结构地震响应的减震效果,最后得出,基于H2/H∞方法的多个TMD优化方法对密频结构的减震效果更好。3.分别针对斜拉桥施工状态以及成桥状态,建立了用于控制设计的结构模型,对斜拉桥结构动力特性和地震响应特征进行分析,并针对结构响应主要贡献振型实现了分布式多个TMD的优化设计和减震效果分析。对施工阶段斜拉桥以及成桥状态不同激励时仿真计算,并评价多TMD的减震效果。分析结果显示,分布式多个TMD有效地减小了大跨度斜拉桥的地震响应。
陆继鑫[10]2011年在《双塔斜拉桥-TMD体系的减震分析》文中研究表明地震时刻威胁着人类生命和财产的安全。由地震引发的桥梁工程破坏事故频发,从而导致救灾工作常常不能及时和顺利的进行,进而加深次生灾害的影响。在生命线地震工程的研究中,桥梁抗震扮演着重要的角色。斜拉桥作为近年来飞速发展的桥型,得到了非常广泛的应用,因此对斜拉桥结构的减震控制研究更为重要。调谐质量阻尼器(TMD)作为一种原理清晰、布置方便、形式简单的振动控制手段,在民用建筑结构领域已经得到了广泛应用,并取得了较好的效果。将TMD应用到体型相对巨大,结构形式相对复杂的斜拉桥结构减震(振)体系中,尚有许多问题亟待解决,在此方面开展深入细致的研究是值得和有意义的。本文以山东东营市某双塔斜拉桥为研究背景,借助小比尺模型试验及有限元数值计算两种研究手段,在TMD减振特性试验基础上,研究了不同地震动激励、不同TMD质量比、不同TMD几何分布、不同TMD阻尼比等因素作用下,斜拉桥-TMD体系的减振特点及效果。主要研究内容分述如下：(1)仔细查阅了国内外桥梁振动控制研究进展及相关成果,对调谐质量阻尼器(TMD)的减振原理及相关参数优化设计进行了总结与归纳,为本研究的试验方法及有限元数值分析提供理论支持。(2)考虑到小比尺模型试验和有限元分析的研究侧重点,分别建立旨在研究TMD特性的模型有限元模型和针对实际斜拉桥结构的原型有限元模型。模型有限元可以对模型试验方法进行先导性分析,同时亦可以对试验结果作必要的扩展性研究。原型有限元则可以对整个原型桥梁结构在不同激励假设、TMD布置方式及特性设置等情况下,对斜拉桥的减震效果进行分析。(3)进行了小比尺桥梁模型的TMD减振特性研究,研究了桥梁模型在自由衰减振动过程中,调谐的TMD对模型振动反应的影响,并结合简谐激励下针对模型的有限元分析结果,对斜拉桥中TMD的减震特性有比较准确的了解和把握。(4)在模型试验分析的基础上,在原型有限元模型的平台上,对不同振动激励、不同TMD设置方案等情况下的结构反应进行了对比性分析。分析结果不但验证了TMD对斜拉桥的震动控制的有效性,同时对TMD在斜拉桥减地震反应中出现的一些新的特性和特点给予初步性的揭示和分析。
参考文献：
[1]. 斜拉桥结构基于模态分析的减震控制研究[J]. 王克海, 朱晞. 工程力学. 2002
[2]. 斜拉桥结构基于模态分析的减震控制研究[D]. 王克海. 北方交通大学. 1999
[3]. CFRP拉索斜拉桥的动力分析与地震响应控制研究[D]. 周士金. 江苏大学. 2010
[4]. 斜拉桥基于模态分析的滑动状态减震控制研究[J]. 王克海, 朱晞. 桥梁建设. 2001
[5]. CFRP索长大跨斜拉桥结构非线性动力学行为研究[D]. 蔡东升. 江苏大学. 2013
[6]. 近断层地震动作用下多塔斜拉桥结构减震控制研究[D]. 耿方方. 东南大学. 2014
[7]. 多VDTMD对斜拉桥减震设计与效果分析研究[D]. 薛树鹏. 北京交通大学. 2013
[8]. 分布式TMD对斜拉桥减震的配置和参数优化研究[D]. 胡九战. 北京交通大学. 2014
[9]. 多TMD对斜拉桥减震设计与效果分析研究[D]. 师少辉. 北京交通大学. 2011
[10]. 双塔斜拉桥-TMD体系的减震分析[D]. 陆继鑫. 大连理工大学. 2011