阻尼器对悬索桥吊索扭转振动控制效果的数值研究

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1、阻尼器对悬索桥吊索扭转振动控制效果的数值研究索桥吊索各索股的相对振动可起到很好的控制效果，但吊索可能会发生较大的整体振动，包括平动和扭转振动.采用ANSYS有限元软件，以某桥的四索股吊索为工程背景，分别建立了3种索股刚性分隔器阻尼器计算模型，并进行了自由振动分析，研究了理想状况下的吊索扭转模态的无量纲阻尼比曲线特征，研究了阻尼器支架刚度、阻尼器刚度对阻尼器效率的影响.研究结果表明，四索股刚性分隔器阻尼器体系不同扭转模态的无量纲阻尼比曲线不重合，不同扭转模态的阻尼器设计不能采用同一条无量纲阻尼比曲线进行设计；随着阻尼器支架刚度的减小，能

2、实现的最优扭转模态阻尼比减小，对应的最优阻尼系数也减小；随着阻尼器刚度的增大，能实现的最优扭转模态阻尼比减小，对应的最优阻尼系数线性增大.中国4/vie　　关键词：悬索桥；吊索；阻尼器；振动控制；扭转模态　　中图分类号：TU973.3文献标识码：ANumericalStudyontheMitigationofTorsionalVibration　　oftheHangersofSuspensionBridgesbyUsingDampers　　translationalortorsionalvibrations.Inthispaper，b

3、asedonafourstrandhangeroftheXihoumenBridge，theANSYSsoftodelsforthehangerspacerdampersystem，andaseriesoffreevibrationanalysesodesconsideringtheeffectsofsupportstiffnessanddamperstiffness.Theresultsshoodes，andaunifieduniversalcurvecannotbeusedforthedesignofthedampersfordi

4、fferenttorsionalmodes.Therealizablemaximumdampingratiofortorsionalmodeanditscorrespondingdampercoefficientreduceaximumratiofortorsionalmodedecreasesperstiffness，butitscorrespondingdampercoefficientincreases.　　Keypers；mitigationofvibration；torsionalmode　　�S着悬索桥跨径的增大，吊索的长

5、度也不断增长，其频率低、质量轻、阻尼小，极易在风荷载或车辆荷载的作用下发生大幅振动[1-2].目前世界上最大跨径的前3座悬索桥的吊索均发生过大幅振动，其振动机理有待于进一步的研究.对于单根索而言，在索端安装阻尼器可以起到较好的控制效果，Kovacs[3]最早研究了阻尼器对单根索的控制效果；Pacheco和Fujino[4]则提出了单根索的“统一近似曲线”，明确地给出了系统阻尼比与阻尼器阻尼系数的关系；Krenk[5]提出了“统一近似曲线”的解析式；在此基础上，很多学者对拉索刚度、阻尼器刚度以及阻尼器支架刚度等的影响进行研究[6-9].

6、实践结果也表明[10]，阻尼器对单根索的振动控制可以达到很好的控制效果.但是，悬索桥吊索常由多根索股组成，常见的形式有2，3，4根，人们尝试在吊索之间安装阻尼器进行振动控制，但已有的研究结果表明，控制效果不是很好[11]，这一特点在多分裂导线的振动控制中也被证实[12].多座悬索桥（如丹麦大海带东桥、我国西堠门大桥）吊索的振动控制的经验表明，在索股之间安装刚性分隔器可以起到很好的控制效果[11].但是，在索股之间安装刚性分隔器时，吊索的整体振动（包括平动和扭转）可能会成为其主要振动形式.阻尼器对于吊索整体平动的控制效果与单根索类似，可

7、参照已有的单根索研究成果进行阻尼器设计.本文以我国西堠门大桥吊索的四索股体系为工程背景，采用数值方法，进行了索股刚性分隔器阻尼器体系的自由振动分析，研究了阻尼器对四索股刚性分隔器系统扭转振动的控制效果，并对阻尼器支架刚度、阻尼器刚度的影响进行了参数研究.　　湖南大学学报（自然科学版）2016年第11期李寿英等：阻尼器对悬索桥吊索扭转振动控制效果的数值研究1计算模型　　为方便安装和维护，阻尼器安装在吊索近梁端位置，这与斜拉索的情况类似.在斜拉索上安装阻尼器时，一个锚固点上安装两个阻尼器，阻尼器平面与拉索轴向垂直，但两个阻尼器之间呈一定角

8、度，以同时控制斜拉索面内和面外的振动.与斜拉索不同的是，为控制悬索桥四吊索的扭转振动，需在不同索股上平行安装两个阻尼器.　　采用3种不同的计算模型对悬索桥吊索的四索股-刚性分割器-阻尼器体系进行自由振动分析，如图1所示.