基于桥梁自立曲杆风致及桥致振动控制及其优化

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1、浙江大学硕士学位论文桥梁自立曲杆风致及桥致振动控制及其优化姓名：宋晓申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：陈勇20070601浙江大学硕士学位论文桥梁自立曲杆风致及桥致振动控制及其优化摘要桥梁自立曲杆是桥梁结构上用于安装照明灯具和交通监控设备的结构的统称。桥梁自立曲杆结构在包括风荷载和桥梁振动等环境因素作用下会产生振动，这类振动会引起结构疲劳、缩短照明灯具和监控设施等的附属设施的使用寿命以及降低交通监控系统的监控质量等的后果。因此，对其进行研究并加以控制具有一定的实际意义。本文首先建立了桥梁自立曲杆结构的空间有限元模型。采用壳单元对结

2、构进行模拟，通过自由度静态缩聚方法对三维空间有限元模型进行自由度缩聚，由此得到桥梁自立曲杆结构的二维竖向串联多自由度计算模型。通过数值风洞模拟探讨了桥梁自立曲杆表面风压分布特性。根据平均N-S方程及Ire湍流模型对桥梁自立曲杆模型进行了数值模拟，获得了不同风向角下的平均风压、风压系数及体型系数等风荷载参数，并将结果与建筑结构荷载规范进行比较。基于谐波合成法对桥梁自立曲杆结构进行脉动风风速模拟，最后根据准定常假设获得桥梁自立曲杆结构的脉动风荷载样本。根据所得到的风荷载，对桥梁自立曲杆的风致响应进行时域和频域内分析。针对桥梁自立曲杆体系的动力

3、特性，本文采用被动耗能装置——调谐质量阻尼器对结构的风振响应进行振动控制，讨论了阻尼器的参数优化问题，得到了阻尼器的等效阻尼比随TMD各个参数的变化曲线。文章还分别在时域和频域内给出了振动控制前后的桥梁自立曲杆结构风振响应结果对比，表明采用本文的优化曲线进行TMD布置，可以获得较为理想的振动控制效果。由于桥梁振动也是引起桥梁自立曲杆振动的一个原因，因此本文对其振动机理及振动控制也进行了相应的研究。根据频域分析的传递函数理论，给出了基底白噪声激励下的桥梁自立曲杆振动结果。文章采用夹层橡胶隔振垫进行隔振以抑制桥梁自立曲杆振动，通过计算获得了隔

4、振层的性能参数对振动控制效果的影响。最后根据实际选用的材料对结构在隔振前后的振动进行了对比分析，结果表明采用夹层橡胶隔振垫可以有效减少结构的桥致振动。关键词：桥梁自立曲杆；CFD；风振响应；桥致响应；时域分析：频域分析：被动控制；调谐质量阻尼器；叠层橡胶隔振支座一i一浙江大学硕士学位论文桥梁自立曲杆风致及桥致振动控制及其优化AbstractThestructuresforfixingthelampsortrafficmonitorsarecalledbyajointnameofself-stayedcrookedrodonbridges．

5、Windandthebridgevibrationwillinducethevibrationoftheself-stayedcrookedrodonbridgeandthesekindsofvibrationwillCallSCfatigueofstructuresandreducethelongevityofthelamps，trafficmonitorsandtheiraccessories．Therefore,itmakessensetostudythewind-inducedandbridge-inducedvibrationc

6、ontroloftheserf-stayedcrookedrodonbridge．Firstly,the3D—dynamicfiniteelementmodeloftheself-stayedcrookedrodonbridgewasestablishedinANSYSusingtheshellelementandthe2D-lumpedmassmodelisalsoderivedfromthe3Dmodelbythemethodofflee—degreereductioninorderthatthemajordynamiccharact

7、crisfiesofthecrookedrodmayberemained．Thedynamiccharacteristiesobtainedfromthe2D-modelareconsistentWiththosefromthe3D-model．Sothe2D—lumpednlassmodelCanbeusedforthevibrationcontrolanalysisofthecrookedrod．Secondly，numericalsimulationmethodwasemployedtostudythedistributionofm

8、eanwindpressureontheself-stayedcrookedrodonbridge．BasedontheN-Sequationsandk-eturbulencemodel，th