TMD和MTMD在拱桥振动控制中的应用

论文摘要

本文针对大跨度钢筋混凝土箱型拱桥的车振响应分析以及被动减振控制问题展开,在查阅国内外相关资料的基础上,对桥梁结构振动被动控制原理与方法进行了研究,并对调谐质量阻尼器（TMD）和多重调谐质量阻尼器（MTMD）的设计原理及制作技术进行了探讨。在理论分析的基础上,本文对四川金沙江通阳大桥（上承式钢筋混凝土箱型拱桥）进行了有限元仿真分析,研究了大跨度钢筋混凝土箱型拱桥的自振特性;在大型通用有限元软件ANSYS中对通阳大桥分别进行模态分析和移动荷载响应时程分析,研究了通阳大桥的动力特征及其在行车荷载作用下的响应特性;在ANSYS中建立的通阳大桥拱桥模型上加入MTMD系统,以加速度和动位移为控制目标,计算验证MTMD系统对拱桥减振控制的有效性。在对通阳大桥进行有限元仿真分析的同时,本文作者在重庆交通大学结构实验室采用有机玻璃材料建立了拱桥实验模型。模型与实桥比例为1:50,并对实桥进行了一定简化。随后对拱桥模型进行模态分析,研究了其动力特性和行车荷载下的动力响应。根据拱桥模型在行车荷载下的动力响应设计出控制MTMD的相关参数,以结构动位移为控制目标,对比拱桥模型安装MTMD前后行车响应,验证了MTMD对于拱桥模型振动控制的有效性。在对比实桥仿真分析和模型实验的减振控制结果的基础上,本文对加入TMD后结构体系的受力性能和结构-TMD系统方案进行总结研究,为实际结构的TMD减振控制设计提供可行性方案,以期能将研究成果应用到实际工程中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构振动控制的研究及发展现状
• 1.3 TMD 国内外研究及应用现状
• 1.4 多重调谐质量阻尼器（MTMD）的研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 TMD 被动控制理论研究
• 2.1 结构振动基本理论
• 2.2 TMD 和MTMD 的减振原理
• 2.2.1 TMD 的减振原理
• 2.2.2 MTMD 的减振原理
• 2.2.2.1 MTMD 的系统方程
• 2.2.2.2 求解MTMD 的系统方程
• 2.3 TMD 各项参数的设计
• 2.3.1 TMD 的最优频率比
• 2.3.2 TMD 的质量
• 2.3.3 TMD 的最优阻尼比
• 2.3.4 TMD 安装位置的确定
• 2.4 本文TMD 设计步骤
• 第三章 通阳大桥减振控制有限元仿真分析
• 3.1 金沙江通阳大桥概况
• 3.2 通阳大桥有限元建模
• 3.3 通阳大桥自振特性分析
• 3.3.1 结构自振频率的计算方法
• 3.3.2 通阳大桥的自振频率及振型
• 3.4 通阳大桥受控模态的确定
• 3.4.1 振型贡献率确定受控模态的原理
• 3.4.2 通阳大桥受控模态计算
• 3.5 通阳大桥在移动荷载下的响应分析
• 3.6 MTMD 设计及减振效果分析
• 第四章 拱桥模型设计及实验方法
• 4.1 拱桥模型的设计简介
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 模型设计及制作
• 4.1.3 TMD 和MTMD 的制作
• 4.2 实验仪器及系统简介
• 4.3 各种工况介绍
• 4.3.1 拱桥模型模态实验
• 4.3.2 振动控制实验
• 4.3.2.1 横向控制实验
• 4.3.2.2 竖向控制实验
• 第五章 模型试验结果分析
• 5.1 拱桥模型模态试验结果
• 5.2 TMD 装置阻尼比测定实验
• 5.3 横向控制实验结果
• 5.3.1 白噪声激励下的振动控制效果
• 5.3.2 脉冲激励下的振动控制效果
• 5.3.3 移动荷载激励下的振动控制效果
• 5.4 竖向控制实验结果
• 5.4.1 第一组MTMD 的控制效果
• 5.4.2 第二组MTMD 的控制效果
• 5.4.3 第三组 MTMD 减振装置的控制效果
• 5.4.4 竖向控制实验总结
• 第六章 研究结论及今后工作的展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论文及取得的科研成果