确定斜拉索减振阻尼器优化参数的一种方法.pdf

维普资讯 振 动 与 冲 击 第 21卷第 1期 JOURNALOFⅥBRAT1ON D SHOCK 确定斜拉索减振阻尼器优化参数的一种方法 王修勇 陈政清 (1中南大学土木建筑学院，长沙 410075 2湘潭工学院，湘潭 411201) 摘 要 斜拉桥拉索的大幅振动越来越弓I起人们的关注，目前减振的主要手段是安装阻尼器。本文推导了考虑拉 索垂度、弯曲刚度的拉索一阻尼器系统运动方程，根据最优控制原理得到最优控制反映，提出了一种在具有控制结构约柬 下求解准最优控制力，进而求得优化阻尼系数的方法，并结合实桥拉索进行了仿真计算，所得结果表明该方法是有效可行 的。所提方法对斜拉减振阻尼器参数优化设计具有一定的指导意义 。 关键词 ：斜拉桥 ，拉索振动 ，减振阻尼器 ，优化设计 中圈分类号：U411 2 0 引 言 将斜拉索简化为如 图 1所示的两端铰支力学模 型，设在静平衡状态下的索力为 s。，因索的垂度很小， 斜拉索是斜拉桥的关键构件 ，由于斜拉索 的柔 平衡时索 的曲线设为抛物线 。()。振动时索 曲线为 性、相对小的质量及低 的阻尼，斜拉索对支座及风雨 y(，f)，引起的索力增量为 s。设 m、c0、 、A分别为 导致的振动极为敏感 ，常常引发大幅振动_1J。例如荷 索的单位长度质量、单位长度阻尼、弹性模量、截面面 兰鹿特丹的Erasmus太桥发生 的风雨振其幅度达到 O 积 ，P(，I)为外荷载 ，在距 A端幻 处安装一阻尼器 ， 8米 ，相当于拉索直径 的4倍 ，致使交通紧急关闭 J。 其阻尼系数为 。因为安装的高阻尼橡胶圈位置很 拉索的振动容易引起锚 固端的疲劳，或者损坏拉索端 低 ，对风雨振的抑制作用不大 ，所 以忽略橡胶圈的影 部的腐蚀保护系统，降低拉索的使用寿命 ，因此，拉索 响。 的振动控制 问题越来越引起人们 的注意 目前斜拉 桥拉索一般在钢套筒内安装 了高阻尼橡胶圈，但这种 措施只对拉索涡振有一定的控制作用 ，而对风雨振引 起的拉索太幅振动 ，主要采用外加阻尼器的方法。加 上阻尼器后，拉索 一阻尼器系统与未加阻尼器的 自由 索相比，其动力特性发生 了变化 ，增大了系统 的模态 阻尼比，起到了减振的效果¨0J。而阻尼器的优化设 计主要考虑两个 因素 ，一是安装位置 ，二是阻尼器 的 阻尼系数，安装位置受到一定的限制，如从美观的角 图1 拉索振动示意图 度考虑，安装高度不宜太高 ，一般取拉索长度的2～ 将 (，f)用模态坐标表示为： 4％，所以需要确定的因素主要是阻尼系数 。 本文推导了考虑拉索垂度 、弯 曲刚度的拉索 一阻 (，)=∑ ()·g(f)=[ ：… · 尼器系统运动方程，根据最优控制原理得到最优控制 gq … q](上标 表示转置 ，下同) (1) 反馈 ，提出了一种在控制结构约束下求解准最优控制 由Hamilton原理可得到系统运动方程： 力，进而求得优化阻尼系数 c 的方法 ，并结合实桥拉