九江长江公路大桥斜拉索振动特性研究

《九江长江公路大桥斜拉索振动特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、九江长江公路大桥斜拉索振动特性研究张武剑，王波，杨金保，柴小鹏47九江长江公路大桥斜拉索振动特性研究张武剑，王波。杨金保。，柴小鹏(1．江西省高速公路投资集团有限责任公司，江西南昌330025；2．中铁大桥局集团桥科院有限公司，湖北武汉430034；3．江西省交通设计院，江西南昌330002)摘要：为研究斜拉索在主梁振动形成的端部位移激励下的振动特性，在斜拉索面内振动、理想索、垂度为抛物线和满足Hook定理的假设下，建立了考虑主梁端部激励的斜拉索非线性振动控制方程，阐明了端部位移激励引起斜拉索大幅横向振动的机理。利用动力有限元方法计算九江长江公

2、路大桥的动力特性，根据频率匹配关系，初步确定可能发生大幅振动的斜拉索。利用推导的振动控制方程，对可能发生大幅振动的斜拉索进行数值积分分析，得到了各斜拉索内共振和参数共振的共振区，发现足够的斜拉索阻尼比可以避免斜拉索产生大幅振动。关键词：斜拉索；端部位移激励；振动特性；阻尼比；理论分析；有限元法中图分类号：U448．27；U441．3文献标志码：A文章编号：1671—7767(2012)06—0047—051引言为后期主梁和斜拉索减振提供科学依据。斜拉桥是通过高强度的斜拉索将作用在主梁上的荷载，经斜拉索、桥塔传递至基础的高次超静定结2斜拉索非线性

3、振动理论分析构。主梁在车辆荷载及其它外部激励作用下，常处为了研究问题的方便，对斜拉索一主梁振动系于振动状态，对斜拉索形成端部位移激励。实际工统做如下简化：①只考虑斜拉索的面内振动；②不计程中，发现已建或在建的斜拉桥某些斜拉索在无风斜拉索的抗弯刚度，按理想索考虑；③假设斜拉索重或者风力很小时产生大幅的横向振动现象口]。Ko—力垂度曲线为抛物线；④斜拉索满足Hook定理且vacs_2第一次用参数振动(属于自激振动)的概念来各点受力匀均。解释拉索的这种大幅横向振动现象，当主梁的频率在以上假设的基础上建立如图1所示的承受等于斜拉索振动频率的2倍时，斜拉

4、索与主梁会发主梁端部位移激励的斜拉索非线性振动分析模型。生参数振动。陈政清[3]运用非线性振动理论，建立了斜拉索一桥面参数激振模型，指出上述斜拉索一桥面非线性振动方程中包含2种共振模式，一种是桥面振动频率等于斜拉索某阶频率时的内共振，另一种是桥面振动频率等于斜拉索某阶振动频率的2倍时的参数共振，实际观察到的斜拉索横向振动是这2种共振作用联合的结果。钟万勰]、孙炳楠、赵跃宇等人对斜拉桥的参数振动问题也进行了深入的研究。现代大跨度斜拉桥均采用密索体系，斜拉索固有频率分布广，且斜拉索和主梁振动的基频均较低，图1斜拉索非线性振动模型容易满足斜拉索内共振

5、和参数共振的条件_8]。考虑斜拉索大幅振动时动拉力作用下的斜拉索本文以非线性振动理论为基础，综合考虑了斜微段振动方程为：拉索的垂度效应、倾角，根据斜拉索振动过程中索力的变化情况，推导出斜拉索的振动微分方程。根据(丁十r)·(]理论分析结果，对九江长江公路大桥的斜拉索可能=一==+十c一mg。P(1)发生大幅横向振动进行了分析，并提出了解决方案，收稿日期：2012—06—04基金项目：江西省交通运输厅科技项目(2010C00005)。作者简介：张武剑(1969一)，男，高级工程师，1998年毕业于同济大学公路与城市道路工程专业(E—mail：25

6、2877468@qq．corn)。48世界桥梁2O12，40(6)式中，1、为斜拉索的切向初拉力；r为斜拉索附加切()L／(HLe)；向动拉力；s为拉格朗日坐标系下的斜拉索平面内弧长坐标；为索的单位长度质量；c为索的阻尼系数；Az一(AbSincos~bt；≠为索的倾角；Y为索在y方向的垂度；为y方向的振动位移。As一(AhcCOSmbt；令斜拉索的垂度曲线为二次抛物线，d为跨中垂度，H为斜拉索弦向初拉力，h为弦向附加动拉A一4ndEA(eL一+)；力，则：^兀EA^一—4mL—SL；mgLeos~o—2H＼[．z一≠)一4d(z一譬)(2)h

7、[丽≈L(+警)；r一亍H丁=dx一[L1+’(＼dx)7]J一≈Bl一(Absin声COSO~bt)a2；7rmL。L一1dy)一一8d2(～)(3)B2一一2(∞}AbCOS#COSⅢb￡)／7c；由斜拉索静力平衡条件：B。一(Acoscoscobt)z兀”zLL。T磐一一mgcos~(4)式中，C1为阻尼系数；为斜拉索1阶模态阻尼比；综合式(2)～(4)，则式(1)可化简为：为斜拉索不考虑垂度效应的基频，叫为斜拉索考虑初+c一[一警(一)。]始平衡位置及垂度效应的基频、a。为斜拉索初始平衡位置影响参数为斜拉索自振频率修正系数；{H象+(参

8、+翥))一。㈣。为斜拉索的垂度影响参数。A、A。为斜拉索的参数振动部分，B、B、B。均为斜拉索强迫振动部分。若斜拉索端部位移为Z一Acost，则振动方