考虑设计和实施因素的拉索阻尼器系统优化问题研究.pdf

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1、第27卷第2期VoL27NO．22014年4月Apr．2014考虑设计和实施因素的拉索阻尼器系统优化问题研究淡丹辉，陈艳阳，肖容(1．同济大学桥梁工程系，上海200092；2．河南省交通规划勘察设计院有限责任公司，河南郑州450052)摘要：研究了考虑设计和施工过程因素影响的拉索阻尼器系统的优化设计问题。针对两端固结和具有一定抗弯刚度的张紧索一阻尼模型的频率超越方程，给出了基于Stefensen不动点迭代法的方程数值求解方法。根据实际工程中拉索阻尼器的设计和实施顺序特点，利用上述方程数值求根方法，研究了拉索设计定型后的两种可调因素(外置振一阻

2、尼器的阻尼系数和拉索索力)影响下的拉索一阻尼器系统前1O阶模态频率和阻尼比的变化规律。研究表明，这两动个因素对系统模态阻尼比的影响比对模态频率的影响更显著，均可成为拉索阻尼器优化设计参数。在此基础上，讨论了并建议了系统级的阻尼器优化设计技术路线。工．V堇关键词：拉索；阻尼器；阻尼系数；动力特性；优化设计中图分类号：TU352；TU311．3文献标识码：A文章编号：1004—4523(2014)02—0246—09程E学究了其对拉索动力特性的影响_4]。JosephAMain引言于2004年研究了自由振动条件下张紧弦一阻尼器模撮g一型的动力特性

3、；之后又于2007年建立了同时考随着斜拉桥的跨度增大，长索的振动问题将变虑两端刚接和拉索抗弯刚度的拉索～阻尼器系统模得很突出。过大的拉索振动不仅会给行人产生不安型，建立了频率方程，重点研究了阻尼器不同安装高全感，使行车舒适度降低，而且还会导致索丝和锚固度下的系统动力特性，包括前5阶复频率的复轨迹端疲劳，诱发疲劳腐蚀、应力腐蚀和磨蚀，产生拉索及模态振型l8]。尽管考虑的因素距离实际工程中安全性问题，最终将会影响整桥的安全。采用端部使用的拉索越来越接近，但上述研究多数将关注点附加阻尼器的方式提高拉索的低阶模态阻尼比，进集中在阻尼器参数及安装高度对

4、拉索低阶模态的影而起到减振效果，已成为目前使用最广泛的拉索振响上。实际上，拉索一阻尼器体系的减振效果不但与动抑制措施之一Eli。阻尼器的安装将从模态振型、阻尼器安装高度有关，而且还受其他阻尼器参数和模态频率和模态阻尼比三个方面改变了拉索的动力拉索参数的影响，对减振的目标也不仅仅局限于少特性，具体的影响程度和规律是与拉索参数、阻尼器数几个低阶模态上。有必要在设计和施工条件下对参数(类型、阻尼系数、安装方式)等因素有关的。研阻尼器安装后拉索的动力特性进行进一步深入的研究外置阻尼器对拉索的减振作用，首先应该考察拉究。索一阻尼器体系的动力特性。本文从

5、JAMain建立的频率超越方程的数值国内外已有不少文献研究了这一问题。Pache—解答出发，在同时考虑拉索刚度、拉索固支边界条件CO等人1993年用数值方法研究了张紧弦一外置阻尼的条件下，研究横向外置阻尼器阻尼比和拉索索力体系统的振动]；Krenk于2000年用解析方法再次对体系动力特性的影响规律，尤其是更高阶模态参研究了这一体系口]，其后，他和Nielsen于2002年数的影响规律；通过研究，找出抑制较高阶模态振动和2004年将拉索的垂度效应考虑进解析模型中，研能量的拉索一阻尼器系统级优化设计方法。收稿日期：2o12—08—24；修订日期：

6、201303—26基金项目：“十二五”国家科技支撑计划课题(2012BAJ1IBOI)；国家自然科学基金资助项目(50978196)；国家重点实验室自主资助项目(SLDRCE09—13-01)；中央高校基本科研业务费专项资金和国家气象局气象行业科研专项经费(201306102)联合资助项目第2期淡丹辉，等：考虑设计和实施因素的拉索阻尼器系统优化问题研究247Q一(1+e2)sin(q)一詈(1一￡2)COS(，)(4)1考虑固结边条和抗弯刚度的拉索一阻尼器系统的频率方程及其求解方法Qy=2si+(1一e；)Sin(一(1+s；)cos(q~)

7、(5)1．1拉索一阻尼器系统频率方程一e一年(6)实际的拉索一阻尼器系统(如图1所示)的设计{一面(7)施工过程可以分为3个阶段，第1是张拉阶段，此时＼两端边界条件可以考虑为铰接，并考虑拉索的抗弯式(4)～(7)中，==：。，1，2；一，一√争，刚度，拉索考虑成张紧索(梁)模型；第2是张拉结束后的锚固阶段，此时拉索锚固端被夹死，刚接边界条z。，z，z，EI，m和c为拉索_阻尼器体系的参数，z。一件比铰接边界条件更符合实际；第3个阶段，安装外z+zz，一z／z。。其中，为复数，其实部表示模态置阻尼器后，此时自然应该考虑拉索外置阻尼器(内阻尼频率

8、，虚部表示衰减速率(阻尼因子)。阻尼可忽略)。记===(f。，Z，Z，EI，7rt，C，T)。由方程(3)定义了如下关于0的隐函数rPP一厂()(8)令式(2)中c