关于斜拉桥斜拉索减振阻尼器的应用技术研究

我国是桥梁大国,斜拉桥设计与施工技术处于世界领先水平,随着各国桥梁建设者对斜拉索振动机理的深入研究和认识,其机理大致可分为:斜拉索结构自身运动引起的参数共振和空气动力作用引起的风致振动等。有些斜拉桥由于风雨激振现象会导致斜拉索的振幅可达到索径的5～10倍,这将给斜拉桥造成严重的安全隐患。因此研究斜拉索减振技术具有重要工程意义。下面从斜拉索的振动机理入手,简要介绍阻尼器的类型、减振控制方法和安装要求等应用技术。     

基于SMA阻尼器的长拉索系统振动控制研究

 基于形状记忆合金（SMA）的超弹性性能开展了以下研究：①设计研制了一种拉压型SMA 阻尼器,并通过试验得到了SMA 阻尼器的特征参数,进一步研究了SMA 阻尼器初应变、加载位移行程与阻尼器等效刚度、等效阻尼比以及耗能能力间的关系;②根据Hamilton原理,推导了SMA阻尼器 长拉索系统的非线性振动微分方程,并通过试验验证了理论推导的正确性;③研究了自由振动下SMA阻尼器对长拉索位移以及加速度响应的影响。研究结果表明,SMA 阻尼器对长拉索具有明显的减振效果,可以有效减少拉索的振动位移以及加速度幅值,大幅度提高了长拉索振动衰减速度。     

摩擦型阻尼器的斜拉索减振试验研究

通过人工激振后测自由振动衰减，得到了拉索一摩擦型阻尼器系统的对数衰减率．试验结果表明，安装摩擦型阻尼器后拉索阻尼有了很大的提高；试验测得的对数衰减率值与拉索的最大振幅及模态均相关；实测所得到的对数衰减率一振幅及模态关系和Main提出的理论计算结果，在拉索所能获得的对数衰减率最大值及对数衰减率值随振幅及模态的变化趋势相吻合，然而在振幅的幅值对应上存在较大的差异；对于非线性较强的摩擦型阻尼器，Main提出的理论仍需进行修正方能在阻尼器优化设计中应用．     

斜拉索辅助索减振的性能分析与试验研究

为了提高斜拉索辅助索的减振性能,分别采用辅助索阻尼器,辅助索索端阻尼器及主索索端阻尼器进行有限元及理论分析并用试验检验.有限元模型为一主跨1.4km斜拉桥的1/4索面,由38根斜拉索和4根辅助索组成.用ANSYS进行时程分析,忽略拉索内在阻尼,用MATLAB对数据进行处理.结果表明:阻尼器变形越大越能获得较大的最优模态对数衰减率;3种阻尼器均可使索网前3阶对数衰减率达到0.04,且安全系数达到2以上;主索索端阻尼器与辅助索索端阻尼器分别为最优阻尼共同作用时,减振效果不为二者单独作用之和,且低于辅助索索端阻尼器单独作用时的减振能力;辅助索索端阻尼器或主索索端阻尼器与辅助索阻尼器分别为最优阻尼共同作用时,减振效果约为二者单独作用之和.试验模型有3根主索和1根辅助索组成.试验结果证实有限元分析结果正确,二者的对数衰减率随阻尼器阻尼变化趋势相同.     

斜拉桥拉索减振油阻尼器的耐久性试验研究

为评估大跨度斜拉桥拉索减振用油阻尼器的耐久性,对一种实桥用油阻尼器进行了400万次循环的耐久性加载试验.试验采用频率为4 Hz、振幅为1 mm的正弦波,通过所记录的阻尼器位移和阻尼力时程来评价阻尼器的等效阻尼及其变化,并对阻尼器的刚度影响进行了定量分析.试验结果表明：在试验开始阶段,阻尼器的温度即快速上升,之后稳定在47℃左右;在400万次循环荷载作用下,阻尼器的阻尼性能略有下降,但未发现漏油现象,具有较好的耐久性能.根据耐久性试验结果,给出了阻尼性能随加载次数的退化规律表达式,可用来推测阻尼器的使用寿命,供设计参考.     

施工期间斜拉索临时减振措施效果测试

斜拉桥在施工过程中,容易出现斜拉索的风致振动问题,不但影响施工期结构安全,同时也影响施工舒适性和测量。因此,在斜拉桥施工过程中通常采用临时的减振措施,以有效的抑制施工期斜拉索的振动。以某大跨度斜拉桥为工程背景,对采用钢丝绳辅助索以及木垫块等不同的减振措施对斜拉索模态阻尼的影响进行了试验研究,得到的一些结论可以为施工期选...     

斜拉索-磁流变阻尼器系统的频域自适应控制

基于频域LQG控制与Hilbert-Huang变换(HHT),并考虑磁流变(MR)阻尼器动力学,提出斜拉索振动的频域自适应控制方法.由HHT识别受控拉索的瞬时振动状态,自适应调节控制器,提高对目标特征频率的追踪能力,且避免时域LQG控制需要对权参数进行试算选取的问题.为验证所提出的自适应频域LQG(i AFLQG)控制算法的有效性,通过与MR被动控制及时域LQG半主动控制相比较,结果表明:i AFLQG控制能够更高效地利用MR阻尼器的动力特性达到最佳的拉索减振效果.     

磁流变智能型阻尼器（MR）的研究

文中首先提出了控制斜拉桥拉索振动的必要性以及目前存在的三种主要控制措施：空气动力措施,构造措施与机械阻尼措施．既而引出了近几年来蓬勃发展起来的,作为机械阻尼措施之一的磁流变智能型阻尼器（MR）,其次介绍了磁流变智能型阻尼器（MR）的结构原理和工作机理．并预测了其广阔的应用前景．     

采用磁流变阻尼器的斜拉索半主动控制

采用基于位移和速度方向的半主动控制算法，对斜拉索和磁流变阻尼器组成的系统进行了动力分析．考察了斜拉索基频（张力、索长、质量）、Irvine参数、激励荷载（类型、频率、大小）等各种因素对斜拉索动力响应的影响，并与磁流变阻尼器被动控制、最优粘性油阻尼器控制效果进行了比较．以全索全时段振动响应的均方根作为振动控制效果的评价指标．研究表明：磁流变阻尼器半主动控制对斜拉索抑振效果比磁流变阻尼器被动控制、最优粘性油阻尼器有较大幅度的提高；索全长全时程振动响应的位移均方根减小幅度可达50％，且在磁流变阻尼器型号的有效区间内，可使多阶振动模态均取得较好的减振效果．     

斜拉索采用MR阻尼器半主动控制的研究

采用基于位移和速度方向的半主动控制算法,对斜拉索和MR阻尼器组成的系统进行动力分析,考察了 斜拉索基频(张力、索长、质量)、Irvine参数、激励荷载(类型、频率、大小)等各种因素对斜拉索动力响应的影 响,并与MR阻尼器被动控制效果进行了比较,以全索全时段振动响应的均方根作为振动控制效果的评价指 标．研究表明,MR阻尼器半主动控制对斜拉索抑振效果比MR阻尼器被动控制有较大幅度的提高．位移RMS 减小的幅度可达50％,且在MR阻尼器型号的有效区间内可使多阶振动模态均取得较好的减振效果．     

MR阻尼器对拉索振动控制的研究

在磁流变(magnetorheologic简称MR)阻尼器力学特性试验的基础上,建立了能够很好地描述MR阻尼器非线性滞回特性的非线性参数模型,该模型由一个改进的Bingham模型和一个非线性弹簧单元串联而成。对MR阻尼器-拉索系统编写了非线性有限元动力分析程序,以一根实际的拉索为例,计算了MR阻尼器不同参数时对拉索的减振效果,计算结果与试验结果吻合。有限元计算结果表明:优化阻尼力随拉索频率的降低而提高;随着拉索振动幅度的减小,拉索减振的最优阻尼力减小。     

SMA纤绳对桅杆的振动抑制研究

文章将SMA细丝作为桅杆结构的纤绳 ,它和PSD传感器、数据采集板、计算机、恒流源组成控制系统 ,以对桅杆的振动进行控制。桅杆结构在采用钢丝纤绳及SMA纤绳的自由振动的对比实验表明 ,处于超弹性状态的SMA纤绳可以有效地使结构振动得到衰减     

工程结构的SMA超弹性阻尼研究

分析了形状记忆合金(SMA)超弹性阻尼减振技术的机理，介绍了国外对于形状记忆合金超弹性阻尼的研究成果．通过试验研究了温度、加载频率、循环次数及预变形等因素对国产NiTi合金丝的超弹性阻尼的影响．研究结果表明：①形状记忆合金的超弹性温度区间在50℃左右，阻尼性能对温度的敏感性较小；②加载频率对形状记忆合金的超弹性阻尼有一定影响，但在工程结构常用的频率范围内基本保持稳定；③循环次数在一定程度上影响形状记忆合金的超弹性行为，但在数个循环周期以后，基本趋于稳定；④通过施加预应变，形状记忆合金的超弹性阻尼性能大为改善．因此利用SMA的超弹性阻尼特性可以研制出性能良好的耗能减振装置，有效地改善和提高土木工程结构的性能．     

控制平板结构振动用调谐阻尼器优化设计

平板类结构的零件在机器结构中应用很广,为了提高它们在运行中的抗振能力和降低噪声,以往常用的办法是提高刚度或阻尼,但在实施时可能会受到重量、体积和空间等限制。如采用调谐阻尼器来控制这类结构的振动和噪声,则具有许多独特的优点,它结构简单、制造方便、应用灵活、成本低廉,并有良好的控制结构振动和噪声的能力。但在针对这类结构设计调谐阻尼器时,由于平板是连续质量分布系统,建模和计算都较复杂,往往会遇到困难。本文将平板连续系统等效为一个单自由度系统,以使计算工作大大简化。应用此法于有     

基于形状记忆合金的结构振动控制研究与展望

在介绍了形状记忆合金几种重要特性的基础上,综述了国内外基于形状记忆合金的结构振动控制研究现状,指出了形状记忆合金用于结构振动控制有待解决的一些关键问题,并展望了形状记忆合金在土木结构振动控制中的应用背景。     

SMA大肠内窥镜的导向机理与控制计算

介绍了采用形状记忆合金（ＳＭＡ）研制的大肠内窥镜的结构原理，分析了该机构的导向机理，通过推导，给出了ＳＭＡ各关节变位量ΔＬｎ（ｉ，ｊ，ｋ）与弯转方向α，弯转角度θ之间的定量关系式，即ΔＬ＝ｆ（α，θ），采用实验测试的方法得到了（Ｌ与ＳＭＡ元件内阻Ｒ之间的定量关系，即ΔＬ＝φ（Ｒ），为实现整体系统的闭环自动控制提供了依据，并用计算机动态图形仿真验证了计算的结果及整体方案可行性．     

基于形状记忆合金耗能器的框架振动控制试验研究

介绍了形状记忆合金的一种本构关系,讨论了ＳＭＡ耗能器的工作原理,设计和制造了一种用于框架结构振动控制的ＳＭＡ耗能器,并将该种耗能器安装在２层框架结构模型上,进行了结构振动实验。实验结果表明该种耗能器的耗能效果明显,并可以显著发迹框架结构的固有频率,说明了ＳＭＡ耗能器框架结构劝控制上具有一定的研究价值。     

缆索维护机器人系统的研制

缆索维护机器人是特种机器人技术在斜拉桥缆索维护方面的首次应用。提出了机械模块化的设计思想,研制了适于任意倾斜度缆索的新型爬升机构和各种工作机构。该系统可完成对缆壳的在线检测、清洗及涂装等一系列维护工作,并且克服了国内外斜拉桥普遍采用的人工方式进行缆索维护所带来的低效率、高成本、安全性差等缺点。