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确定斜拉索减振阻尼器优化参数的一种方法

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将斜 拉 索简 化 为如 图 １所 示 的两 端 铰支 力 学模
型 ， 在静 平衡 状态下 的索力 为 ｓ ， 设 。因索 的垂度 很小 ，
平衡 时索 的 曲线设 为 抛 物线 。 。 动 时索 曲线 ｆ， 。 ｃ 、 Ａ分 别 为
响。
部 的腐蚀 保护 系统 ， 降低 拉索 的使 用 寿命 ， 因此 ， 索 拉
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 ， 大 了 系统 的模 态 增 阻尼 比 ， 到 了减 振 的效 果¨０Ｊ 起 。而 阻尼 器 的 优化 设 计主要考 虑 两 个 因素 ， 是 安 装 位 置 ， 是 阻尼 器 的 一 二
阻尼 系数 ， 装 位 置 受 到一 定 的 限制 ， 从 美 观 的角 安 如 度考 虑 ， 装 高 度 不 宜 太高 ， 般 取 拉 索 长 度 的 ２～ 安 一 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 、 曲刚度 的拉 索 一阻 弯 尼器 系统运 动方 程 ， 根据 最 优 控制 原 理得 到 最优 控制 反馈 ， 出 了一 种在控 制 结构 约束 下求 解 准 最优 控 制 提
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式 中 为 阻 尼 力 。 １２振 型 。 ． ｃ ）的 选 取
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 ： 拉 桥 ， 斜 拉索 振 动 ， 振 阻 尼器 ， 化 设 计 减 优 中 圈 分 类 号 ：４ １ ２ Ｕ１
０ 引 言
斜 拉索 是 斜 拉 桥 的 关 键 构件 ， 于 斜 拉 索 的 柔 由 性 、 对小 的质 量 及低 的 阻 尼 ， 拉 索 对 支 座 及 风 雨 相 斜 导致 的振 动极 为 敏感 ， 常引 发 大 幅振 动 ＿ 。例如 荷 常 １ Ｊ 兰鹿特丹 的 Ｅａｍ ｓ 桥发生 的风 雨振 其幅度 达到 Ｏ ｒ ｕ太 ｓ ８ ， 当于拉 索 直 径 的 ４倍 ， 使 交 通 紧急 关 闭 Ｊ 米 相 致 。 拉索 的振动 容易 引起 锚 固端 的疲 劳 ， 或者 损 坏 拉索 端
国亲 自糌 科 学 基 金 （ 号 ５ １８ １） 香 港 理 工 太 学 合 作项 目资 助 。 编 ０７０３ ￣
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收稿 日期 ： ０ — ４ ０ ２ １ ０—９ ０
第 一作 者 王修勇
修改稿收到 １ ： ０ — ６ ８ ３ ２ １ ０ —１ 期 ０
男， 博士 研 究 生 ． 教 授 ，９２年 Ｂ月生 副 １６
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第 ２ 卷第 １ １ 期
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确 定斜 拉 索减振 阻尼器 优化 参 数 的 一种 方法
王修 勇
（ １中 南大 学 土 木 建 筑 学 院 ， 沙 长
陈 政 清
图 １ 拉 索 振 动 示 意 图
将 （ ｆ 用模 态坐标 表示 为 ： ， ）
（， ＝∑ （） ｇ ｆ ＝［ ： ・ ） ・ ） … （
ｇ … ｑ ］ 上标 表示 转置 ， 同） ｑ （ 下 由 Ｈ ｍｌ ｎ原理 可得 到 系统运动 方程 ： ａ ｉｏ ｔ （） １
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４０ ７ ２湘 潭 工 学 院 ， 潭 １０５ 湘
摘 要 斜拉桥拉索 的大幅振动越来越弓起人们的关注 ， 前减振 的主要手段 是安装 阻尼器 。本 文推导 了考虑 拉 Ｉ 目
索垂 度 、 曲刚度 的拉索 一阻尼器系统运动方程 ， 弯 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 ， 得结果 表 明该 方法是有效可行 所
力， 进而 求得 优化 阻尼系 数 ｃ 的方法 ， 结 合 实桥 拉 并
索进行 了仿 真计 算 ， 得结 果 表 明该方 法 是 有效 可行 所
的。
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式 中
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１ 斜拉索 一阻尼器 系统运动方 程
１ １斜 拉 索 一阻 尼 器 系 统 运 动 方 程 ．
索 的单位 长度 质量 、 位 长 度 阻尼 、 单 弹性 模 量 、 面 面 截
积 ， ， ） Ｐ（ Ｉ 为外 荷载 ， 距 Ａ端 幻 处 安 装一 阻尼器 ， 在
其 阻尼 系 数 为 。 因为安 装 的高 阻尼 橡胶 圈 位 置很
低 ， 风 雨 振 的 抑制 作 用 不 大 ， 以忽 略橡 胶 圈 的 影 对 所
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电磁惯质阻尼器对超长斜拉索的减振性能分析

电磁惯质阻尼器对超长斜拉索的减振性能分析

第37卷第6期2020年12月土木工程与管理学报Journal of Civil Engineering and ManagementVol.37No.6Dec. 2020电磁惯质阻尼器对超长斜拉索的减振性能分析李亚敏，沈文爱，朱宏平(华中科技大学土木与水利工程学院，湖北武汉430074)摘要：电磁惯质阻尼器是一种新型高性能被动阻尼器。

在斜拉索减振应用中，电磁惯质阻尼器不仅可给斜 拉索提供电磁阻尼力，也可提供与加速度成正比的惯性力，因此其可实现很大的附加质量效应，从而极大地提 升斜拉索减振性能。

本文以我国香港昂船洲大桥一根长307 m的超长索为对象，通过数值模拟的方法系统地 研究了电磁惯质阻尼器对斜拉索低阶和高阶模态的减振性能。

本文建立了斜拉索-电磁惯质阻尼器系统的有 限差分模型;进行了特征值分析以确定各阶模态的电磁惯质阻尼器最优参数;并分析了在简谐激励和抖振力激 励下，其对斜拉索的减振性能。

结果表明，与线性粘滞阻尼器相比，电磁惯质阻尼器对斜拉索系统模态阻尼比 的提升约为10倍，并且在上述两种激励下，斜拉索的响应控制效果均优于粘滞阻尼器。

关键词：斜拉索；惯质；电磁阻尼器；模态阻尼比；抖振中图分类号：U448.27 文献标识码：A文章编号：2095-0985(2020)06-0093-08Vibration Mitigation Performance Analysis of ElectromagneticInertial Mass Damper for Super-long Stay CablesLI Ya-m in，SHEN Wen-a i，ZHU Hong-ping(School of C iv il and H y d ra u lic E n g in e e rin g,H uazhong U n iv e rs ity of Science and T e ch n o lo g y，W uha n430074，C h in a)A b s t r a c t:E lectrom agnetic in e rtia l mass dam per (E IM D)is a novel type of passive dam per and has sup erior perform ance in v ib ra tio n c o n tro l.In the a p p lic a tio n of stay cable v ib ra tio n re d u c tio n,electro­m agnetic in e rtia l mass dam per can not on ly p ro vid e electrom agnetic da m ping force to stay c a b le,b u t also pro vid e in e rtia l force p ro p o rtio n a l to a cce le ra tio n.T h e re fo re，it can achieve great a d d itio n a l mass effect and greatly im prove the v ib ra tio n m itig a tio n perform ance of stay cab le s.In th is p a p e r，a307 m long super long cable of stonecutters bridg e in H ong Kong is taken as an exam ple to study system ati­c a lly the v ib ra tio n m itig a tio n perform ance of lo w and h ig h modes of stay cables w ith electrom agneticin e rtia l mass dam per by n u m e ric a l s im u la tio n.In th is p a p e r，a fin ite d iffe re nce m odel of the c a b le-stayed electrom agnetic in e rtia l dam per system is e sta b lish e d;the eigenvalue analysis is ca rrie d out to determ ine the o p tim a l param eters of the electrom agnetic in e rtia l mass dam per in each m o d e;and thev ib ra tio n m itig a tio n perform ance of the cable un d e r harm onic e xc ita tio n and b u ffe tin g force e xcita tio nis analyzed.The results show th a t com pared w ith the lin e a r viscous d a m p e r，the m odal da m ping ratioof the cable system is increased by ten tim es by the electrom agnetic in e rtia l mass d a m p e r，and the re­sponse co n tro l effect of the cable un d e r the above two excitations is b e tte r than that of the viscousd a m pe r.K e y w o r d s：stay c a b le;in e r tia;electrom agnetic d a m p e r；m odal da m ping ra tio;b u ffe tin g斜拉索为大跨度斜拉桥的主要承重构件。

磁流变阻尼器拉索减振系统的参数优化研究

磁流变阻尼器拉索减振系统的参数优化研究

磁流变阻尼器拉索减振系统的参数优化研究龚禹【摘要】运用 MTS —810疲劳试验机对永磁调节式磁流变阻尼器进行了力学性能试验，得到了磁流变阻尼器的力与位移及速度滞回曲线；根据拉索阻尼器的优化设计理论，计算了实际拉索所需的档位大小；计算了阻尼器的最低安装高度。

结果表明，安装磁流变阻尼器后满足拉索减振要求。

【期刊名称】《湖南交通科技》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P98-101)【关键词】斜拉桥;拉索;磁流变阻尼器;力学性能;滞回曲线;档位;安装高度【作者】龚禹【作者单位】广东泛珠勘察设计有限公司，广东广州 510630【正文语种】中文【中图分类】U441+.30 前言洞庭湖大桥是连接华容和岳阳的一座大跨度公路桥梁，于2000 年建成完工并开始运营，为我国首座三塔型、双索面PC 斜拉桥，索间距为8.0 m，全桥设计拉索共布置222 根。

由于洞庭湖大桥所处的地理位置风力较大，风雨共现时间长，加之拉索具有的光滑表面，具备了发生风雨振的条件，北方寒潮来临时都会引起大桥拉索风雨振，最严重时单边振幅超过40 cm。

国内外学者越来越关注斜拉索风雨振现象及其振动控制，对拉索减振方面进行了许多研究，提出了多种减振技术，其中最直接、最有效的拉索振动控制方法是增加拉索的阻尼，而目前增加拉索阻尼常用办法是在拉索和桥面间安装阻尼器，如磁流变阻尼器。

磁流变阻尼器由高科技亚纳米材料－磁流变体制造的一种智能装置，可通过调节磁场强度，改变其阻尼特征，来实现控制阻尼力大小的输出，获得理想阻尼力来改变拉索的模态阻尼比，对于不同参数的拉索，采用同一型号阻尼器都能使每根拉索都达到最优的减振效果。

陈政清教授等［1－4］设计制作了永磁调节式磁流变阻尼器;禹见达等［5，6］根据磁流变阻尼器力学性能的试验结果，建立了非线性参数模型，很好地模拟了阻尼力的滞回特性;进行阻尼器减振系统的优化设计，使减振效果达到最优，磁流变阻尼器的优化设计主要考虑两个因素:一方面是阻尼器的安装位置，另一方面是磁流变阻尼器的阻尼系数。

斜拉索_磁流变阻尼器系统半主动控制的神经网络法

斜拉索_磁流变阻尼器系统半主动控制的神经网络法

振动与冲击第22卷第4期J OURNA L OF VIBR ATION AND SHOCK Vol.22No.42003斜拉索-磁流变阻尼器系统半主动控制的神经网络法X王修勇1陈政清2倪一清3(1.湘潭工学院土木系,湘潭411201;2.中南大学土木建筑学院;3.香港理工大学建设与地政学院)摘要磁流变阻尼器具有良好的可变阻尼特性,能用于结构的半主动控制。

针对斜拉桥拉索-磁流变阻尼器系统,本文提出了利用神经控制器进行半主动控制的神经网络法,该神经控制器根据过去时刻的加速度响应和控制信号预测下一时间步的控制信号,并给出了训练方法及开展了数值仿真研究。

仿真结果显示,采用神经网络半主动控制能取得很好的减振效果,证明该方法是可行的。

关键词:斜拉索,磁流变阻尼器,半主动控制,神经网络中图分类号:U441.30引言斜拉桥拉索在外部激励下容易发生大幅振动,对拉索的使用寿命和桥梁安全运营构成威胁,拉索的振动控制已成为斜拉桥面临解决的关键问题之一[1]。

磁流变阻尼器是由智能材料磁流变体制造的新一代智能阻尼器,通过调节磁流变阻尼器的输入电压可以改变其阻尼特性,获得良好的可变阻尼。

因为磁流变阻尼器所需的能量很小,所以应用磁流变阻尼器进行的控制称为半主动控制。

采用磁流变阻尼器控制斜拉桥拉索振动是一项新的减振技术,理论和现场试验证明该阻尼器对拉索具有良好的振动控制效果,并已在岳阳洞庭湖大桥全桥实施[2,3]。

该桥目前采用优化电压下的被动控制,为了取得更好的减振效果,有必要开展半主动控制研究。

在磁流变阻尼器半主动控制研究方面,Dyke、Spencer等[4,5]采用加速度反馈控制算法,对磁流变阻尼器的抗震性能进行了仿真和试验研究;Ni Y Q等[6]采用神经网络评估系统的状态变量,对拉索-磁流变阻尼器系统的半主动控制进行了研究;王代华[7]则应用LQR算法对磁流变阻尼器的半主动控制进行了研究。

近年来出现了以神经网络、模糊神经网络等人工智能方法为代表的智能控制算法,如Ghaboussi和他的同事们[8]在应用神经网络进行结构主动控制方面开展了深入研究。

斜拉索风雨振气动抑振措施的参数优化

斜拉索风雨振气动抑振措施的参数优化

斜拉索风雨振气动抑振措施的参数优化刘庆宽;郑云飞;白雨润;邵奇;刘小兵;马文勇【摘要】通过风洞试验，研究了斜拉索空间位置、降雨量、风速等对斜拉索风雨振的影响，选定了振动最大时的参数，研究了作为气动抑振措施的螺旋线直径和缠绕间距两个参数对抑振效果的影响，并研究了附加不同参数螺旋线时斜拉索的气动阻力系数随雷诺数的变化规律，发现针对该研究选定的直径155 mm的斜拉索，斜拉索的水平角35°、竖向角25°、较小的降雨强度（10 mm／h）、特定的风速范围（无量纲风速60"100）下发生的振动最为激烈；在选定螺旋线间距的情况下，随着螺旋线直径的增大，其抑振效果趋于显著；在选定螺旋线直径的情况下，随着螺旋线间距的减小，其抑振效果趋于显著；附加螺旋线斜拉索的气动阻力系数随螺旋线直径的增大或螺旋线缠绕间距的减小而增大。

在超临界雷诺数区域，附加螺旋线时的阻力系数均大于无螺旋线时的阻力系数。

提出了优化的螺旋线设计原则。

%With wind tunnel tests,the effects of cable altitude,rainfall intensity,and wind velocity on rain-wind induced vibration of cables of a cable-stayed bridge were studied.The cable model was built when it gotthe largest vibration amplitude.The effects of two parameters including helical line diameter and twine space on rain-wind induced vibration of cables were studied,and the aerodynamic drag force coefficients of cable with different helical lines were measured under different Reynolds numbers.Results showed that for the cable model with diameter of155mm,with the pa rameters of horizontal angle 35°,vertical angle25°,smaller rainfall intensity (10mm/h)and certain wind velocity (non-dimensional wind velocity 60"100),the cable vibration reaches the largestamplitude;with a certain twine space of helical line,the anti-vibration effect increases with increase in the diameter of helical line;with a certain diameter of helical line,the anti-vibration effect increases with decrease in twine space of helical line;the aerodynamic drag force coefficient of cable with helical line increases with increase in helical line diameter or decrease in helical line twine space. Finally,the optimization design rule of helical line was proposed.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】6页(P31-35,54)【关键词】斜拉索;风雨振;气动措施;螺旋线;气动力【作者】刘庆宽;郑云飞;白雨润;邵奇;刘小兵;马文勇【作者单位】石家庄铁道大学，石家庄 050043;石家庄铁道大学，石家庄 050043;石家庄铁道大学，石家庄 050043;石家庄铁道大学，石家庄 050043;石家庄铁道大学，石家庄 050043;石家庄铁道大学，石家庄 050043【正文语种】中文【中图分类】U441.3第一作者刘庆宽男，博士，教授，1971年1月生Parametric optimization of aerodynamic anti-vibration measure for rain-wind induced vibration of cablesKey words:stay-cable; rain-wind induced vibration; aerodynamic anti-vibration measure; helical line; aerodynamic force斜拉索在风雨环境下大幅振动的问题(斜拉索风雨振)，因为发生频繁、危害严重，引起了设计和科研人员的重视，并成为桥梁抗风研究的一大热点和难点问题[1-3]。