应用新型拟线性变摩擦滞回阻尼器的大跨度悬索桥地震响应分析与减震控制研究

论文摘要

随着社会的进步,技术的提升,大跨度悬索桥桥梁发展迅速,这些大跨桥梁是交通运输的枢纽工程,对国民经济有着重大影响,在地震中一旦遭遇破坏,将会造成巨大的损失,因此在悬索桥设计和分析过程中实施抗震措施和设防是很有必要的,而对其实施振动控制又是最为有效的方法之一,为了保证桥梁的使用寿命,安全性,保护国家人民的财产和生命安全,对大跨悬索桥进行减震控制研究是非常必要和有意义的课题。对桥梁实施减震控制有很多方法,本文利用新开发的一种新型拟线性滞回变摩擦阻尼器来实施对悬索桥的振动控制。新型拟线性滞回变摩擦阻尼器是一类位移相关变摩擦阻尼器,其构造十分简单,价格性能比好,很适合在各类建筑结构中使用。该新型减震装置具有统一的摩擦系数,通过改变套筒的内径使内部摩擦环在移动过程中与套筒内壁之间摩擦力的大小与其位移幅值成正比,摩擦力方向与速度相同,从而产生近似线性的滞回阻尼特征,能够同时满足大吨位和大位移的要求,其滞回曲线的耗能能力较强,本文主要完成了下列一些工作内容;1.在前人的基础上总结了悬索桥的结构特点和震害特点,并列举了桥梁结构控制的几种常用方法。2.介绍了新开发的一种新型拟线性滞回变摩擦阻尼器,阐述了其滞回特性以及力学性质,并给出该阻尼器的加载卸载实验过程和结果。基于有限元程序ANSYS用户自定义USERMAT接口进行了二次开发,实现了新型拟线性滞回变摩擦阻尼器的变刚度特性和滞回特性用于数值模拟,首次在商业有限元软件里实现了含负刚度特性的的非线性滞回曲线,便于在使用该阻尼器于结构之上时可直接调用该滞回模型,以推广该阻尼器在工程结构上的应用。3.以某大跨度悬索桥为研究对象,对大型地锚式悬索桥进行模态分析,分析了该悬索桥的结构自振特性及地震响应的影响。4.将该新型拟线性滞回变摩擦阻尼器用于大跨度地锚式悬索桥,对比粘滞阻尼器进行减震,总结新型拟线性滞回变摩擦阻尼器的减震规律,并对减震效果进行分析和总结。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 桥梁震害概况
• 1.2 悬索桥震害概况
• 1.3 桥梁结构减震控制概述
• 1.3.1 被动控制
• 1.3.2 主动控制
• 1.3.3 半主动控制
• 1.3.4 混合控制
• 1.3.5 桥梁结构减震控制
• 1.4 本文研究的目的和意义
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 新型拟线性滞回变摩擦阻尼器的性能和工作原理
• 2.1 前言
• 2.2 摩擦阻尼器的减震原理
• 2.3 新型拟线性滞回变摩擦阻尼器的减震原理和性能介绍
• 2.3.1 新型拟线性滞回变摩擦阻尼器的两种实现方案
• 2.3.2 新型拟线性滞回变摩擦阻尼器构造简介和性能试验
• 2.3.3 拟线性滞回摩擦阻尼器的加载刚度计算公式
• 2.4 本章小结
• 第三章 新型拟线性滞回变摩擦阻尼器的ANSYS 二次开发
• 3.1 前言
• 3.2 ANSYS 二次开发功能
• 3.2.1 用户界面设计语言（UIDL）
• 3.2.2 ANSYS 参数化设计语言（APDL）
• 3.2.3 用户可编程特性（UPFS）
• 3.3 ANSYS 用户自定义单元接口（UEL）
• 3.4 ANSYS 用户自定义材料接口及子程序（USERMAT）
• 3.5 基于 USERMAT 的新型拟线性滞回变摩擦阻尼器的ANSYS 二次开发
• 3.5.1 新型拟线性滞回变摩擦阻尼器的ANSYS 二次开发
• 3.5.2 新型拟线性滞回变摩擦阻尼器的滞回特性的验证
• 3.6 本章小结
• 第四章 大跨度悬索桥的地震反应分析
• 4.1 大跨度自锚式悬索桥动力特性分析
• 4.1.1 大跨度悬索桥工程概况
• 4.1.2 大跨度悬索桥三维有限元模型的建立
• 4.1.3 大跨度悬索桥结构动力分析
• 4.2 大跨度地锚式悬索桥地震响应分析
• 4.2.1 悬索桥地震反应分析的方法
• 4.2.2 地震动输入
• 4.2.3 纵桥向地震动输入悬索桥地震响应分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 应用新型拟线性滞回变摩擦阻尼器大跨度悬索桥的减震控制研究
• 5.1 前言
• 5.2 拟线性滞回变摩擦阻尼器的减震原理和布置方案
• 5.3 粘滞阻尼器的减震原理和布置方案
• 5.4 应用新型拟线性滞回变摩擦阻尼器大跨度悬索桥的减震控制研究
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 进一步研究的展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士期间主要参与的课题
• 攻读硕士期间发表的论文