磁流变阻尼器对斜拉索的振动控制

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1、磁流变阻尼器对斜拉索的振动控制Vibrationcontrolofcable-stayedbyMRdamper付英(深圳广播电视大学，广东深圳518001)摘要：利用有限元软件建立了拉索振动控制系统的力学模型，对深圳湾公路大桥上的最长斜拉索和MR阻尼器组成的系统进行了动力分析。在振动控制系统中分别模拟了正弦简谐力作用下的谐波共振和参数共振这两种最危险的振动情况，研究了阻尼器的减振效果，并通过拉索位移幅值衰减率分析了各种参数对磁流变阻尼器振动控制效果的影响，从而得出最优减振方式。关键词：磁流变阻尼器；斜拉索；振动控制Abstract：Am

2、echanicalmodelofvibrationcontrolsystemforcablewasestablishedbyfiniteelementsoftware，thentakedynamicanalysistothelongestcable—stayedandtheMP．dampersysteminShenzhenBayBridge．Inthevi—brationcontrolsystem，simulatetheharmonicresonanceandparametricvibrationwhichatemostdangerou

3、svibrationcondidomundertheharmonicforcetOstudythedampingeffectofthedamper，andthroughcableamplitudereduceratetoanalyzerelevantparameterswhichaffectthecable—MRdampercontrolsystem．ThusattendtheopdrnaldamviIl】gways．Keywords：magneto—。theologicaldamper；cable——stayed；vibrationc

4、ontrol中图分类号：TU351文献标识码：A文章编号：1003—8965(2010)01—0063一051引言斜拉桥拉索自身阻尼低、振型丰富，极易在风、地震及交通荷载作用下发生振动。斜拉索在谐波共振及参数共振情况下，会引发大幅度的振动，引起拉索自身或锚固系统的破坏。过大幅度的振动还会给行人或驾驶员带来心理恐慌，严重影响桥梁的安全性和使用性。拉索的振动已成为大跨度斜拉桥面临解决的关键问题之一，因而有必要对拉索振动采取相应的控制措施。目前常见的振动控制方法有阻尼器法，它在工程中的应用最为普遍。磁流变阻尼器是一种以智能材料(磁流变体)制成

5、的可调参数阻尼器，具有体积小、反应灵敏、阻尼力大、受外界环境影响小的优点，被认为是最有前途的新型阻尼器。本文运用有限元软件ANSYS对斜拉索与磁流变阻尼器所组成的控制系统进行仿真模拟，分析其减振特性，进而研究相关影响因素对MR阻尼器振动控制效果的影响。2斜拉索振动控制系统力学模型对于斜拉索与磁流变阻尼器组成的振动控制系统，采用深圳湾公路大桥上最长拉索作为研究对象，振动控制系统的动力学模型见图1，其初始条件与实桥状态相同，MR阻尼器的动力特性采用Bingham模型来描述。振动控制系统在外部激励作用下的动力学方程如下所示：膈翌萼掣+c皇鲁垒

6、-T!掣：，(t1)+石烈z—h)膈1r+c1广丁2-，‘删十山吼P副⋯式中，f为外激励力；fd为阻尼器阻尼力。磁流变阻尼器的Bingham模型如图2所示，其数学表达式为：乃=弓i舒k)+c∥寸(2)式中，Fd为阻尼器的阻尼力；Ff为阻尼器的阻尼屈服力，与流体屈服应力有关；sign(*)表示符号函数；C。为阻尼器屈服后的阻尼系数；Xd为阻尼器活塞的速度Ⅱ向应。该模型中阻尼力由两部分组成，一部分是库仑阻尼力Ffsign(xd)，另一部分是粘性阻尼o3斜拉索振动控制系统有限元模拟应用通用有限元软件ANSYS对斜拉索振动控制系统进行模拟，分析

7、其振动控制特性及相关参数对振动控制效果的影响。斜拉索取为深圳湾公路大桥上最长的一根索，该索位于主跨最外侧，长度为207．905m，倾斜角度为，横截面积为0．007848m2；单位长度质量为61．214Kg／m。振动控制系统采用combin40单元来模拟磁流变阻尼器，图3为combin40单元的模Y图1振动控制系统动力学模型型，磁流变阻尼器的Bingham模型包括一个库仑摩擦元件和一个线性粘滞阻尼，当去掉combin40单元中的弹簧K2及间隙GAP后，即取K2、GAP的值为0，combin40单元就能较准确地模拟磁流变阻尼器的Bingha

8、m模型。当模型中K1的值很大时，弹簧相当于刚体，K1所提供的力就等于滑动屈服力，对应于磁流变阻尼器的阻尼屈服力。阻尼系数C对应于磁流变阻尼器屈服后粘性阻尼系数，M相当于阻尼器拉杆质量，集中于J节点。对拉索施