带减振架吊索振动的主动控制的研究.pdfVIP

第五届全国现代结构工程学术研讨会 带减振架吊索振动的主动控制研究 朱保兵．李国强 (同济大学建筑工程系，上海200092) 提要 由于缆索结构系统在外部激励作用下会产生低频谐振，将导致大的振幅而可能有破坏性事故发生，故需要一种有效 的方法控制这种振动。本文主要研究了抑制带减振架吊索振动的自适应主动变刚度控制方法，采用逐步迭代的方式 求出主动最优控制力，通过仿真分析表明，该方法具有明显的控制效果。 关键词带减振架吊索，自适应，主动变刚度控制，最优控制力 一、引言 在悬索桥中，吊索上端通过索夹连接于主缆，下端通过锚头固定于加劲梁，如图1所示，吊索可以是 单根索股一组，或双根、四根索股一组，活载及加劲梁等桥面的自重通过吊索传于主缆，它的可靠与否直接 关系到桥面的安全。在塔附近的长吊索自振频率低，阻尼小，低风速时易产生涡激振，特别是双根或四根 索股的情况，位于下风侧的索股易产生振动，可能会有大的破坏性事故发生。为了防止振动，一般将几根索 股用减振架连接起来，如图2所示【l】。但是在随机荷载作用下，减振效果仍然带有很大的局限性。如果股 索很长，通过安置在锚具附近的常规被动阻尼器很难控制这种振动12J。而在股索锚具处施加主动控制，确 是一种很好的替代方法【jJ。 本文结合带减振架吊索结构的特点，通过双重迭代的方法，设计出沿索股轴向所要施加的主动最优控 制力，引起索股横向刚度的实时变化，产生参数激振的效剁4|，最终使索股的横向振动幅值自适应地得到 控制。 图1悬索桥吊索示意图 图2吊索减振架 带减振架吊索振动机理 在悬索桥中，吊索上端通过索夹挂在主缆上，主缆相对稳定且刚度较吊索大得多，故吊索在此端可看 作固定(因为忽略索股抗弯刚度的影响，所以铰支边界与固结边界是完全等同的，可以不加区别地将这两 种边界称作固定边界)，吊索下端通过锚头连接于加劲梁上，同样，也可以将此端看作固定边界。如果吊索 中部不带减振架，则索股连接模型为两端固定。索股的第阶自振频率表达式为： (-Onl=等摆2i1／i u’㈩ 484 工业建筑2005年增刊 第五届全国现代结构工程学术研讨会 式中H是索股内的张力，m是索股沿轴向的分布质量，￡．是吊索的总长。 如果在吊索中部通过减振架将4根索股连接成一体，那么对于每一根索股可看作在减振架处受弹性约 束，此时半根索股一端固定，一端弹性支承。减振架安装在吊索的中间位置，索股的第刀阶自振频率表达式 为： 。 (2) tan 4-dL：一半 式中。I=mo)：2／／／／a，L 2=LI／≤2，弹性支撑刚度K=等，脚。：是一端固定一端弹性支承情况下索股的第刀阶 一l’ ． 自振频率。 三、主动变刚度控制理论 对于索力较大的长拉索振动，其日的影响几乎可以不计，此时吊索可以视为张紧的弦15J，相应的在外 扰作用下的有阻尼偏微分运动方程为： · …7 (3) 2 、