[发明专利]一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡激振动控制方法

说明书

一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡激振动控制方法，属于结构振动控制领域。为解决现有TMD在对低频结构竖向振动控制时由于静伸长过大而无法应用的问题。本发明包括如下步骤：建立目标桥梁的有限元模型，通过模态分析得到结构的模态信息，包括频率、振型和模态质量，根据设计通行风速和主梁断面斯托罗哈数确定目标模态的阶数，根据振型向量确定MTMDI各个子TMDI的布置位置，确定各阶模态质量比，根据布置位置的振型值，计算各子TMDI的物理质量，根据梁内安装空间，确定各TMDI的惯性质量，采用基于迭代的MTMDI参数优化方法确定各组MTMDI的最优参数。本发明用于大跨度桥梁。

技术领域

本发明属于结构振动控制领域，特别是一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡激振动控制方法。

背景技术

当边界层中近地风绕过桥梁时，会在主梁迎风侧产生流动分离，并在主梁上下表面产生交替变化的旋涡脱落，当涡脱频率接近或等于结构某一阶自振频率时便会发生涡激共振。涡振是一种带有自激性质的风致限幅振动，并不会像颤振、驰振一样导致桥梁灾难性的破坏，但是由于大跨度桥梁的频率较低，且为密频结构，即使在低风速下，涡激振动容易频繁出现，严重影响行车舒适性和安全性，并产生长期疲劳问题，降低桥梁的寿命。因此，对大跨度桥梁的涡激振动进行消除或抑制具有十分重要的意义。

由于涡激振动一般表现为单模态振动，而调谐质量阻尼器(TMD，tuned massdamper)对单模态振动具有突出的控制性能，是大跨度桥梁涡激振动控制的常用方法之一。然而，由于TMD的构造特点，其静伸长仅与自身频率有关，即δ＝g/ω²，在对大跨度桥梁进行振动控制时，由于频率较低，TMD的静伸长过大，在主梁内部安装空间有限的情况下并不适用，往往需要采用额外的措施来限制其静伸长，如杠杆、预应力弹簧等。根据现有研究表明，当TMD的质量比不变的情况下，采用多个具有不同频率和阻尼比的子TMD组成的MTMD具有更好的控制效果和鲁棒性。此外，大跨度桥梁的频率分布密集，存在多阶模态发生涡振的可能，需要对多阶模态进行控制，由于TMD的总质量较大，且大跨度桥梁梁内横隔板分布较为密集，不可避免地需要将大质量TMD分散成多个质量相对较小的子TMD沿桥跨方向布置。但TMD在对低频结构竖向振动控制时由于静伸长过大而无法应用。

发明内容

本发明要解决的问题是针对现有TMD在对低频结构竖向振动控制时由于静伸长过大而无法应用的问题，考虑到大跨度桥梁模态密集，存在多阶涡振的可能，本发明提出一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡激振动控制方法，重点在于分布式MTMDI布置位置选取方法和基于迭代的MTMDI参数优化方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于分布式MTMDI的大跨度桥梁多阶涡激振动控制方法，包括如下步骤：

S1、建立目标桥梁的有限元模型，通过模态分析得到结构的模态信息，包括频率、振型和模态质量；

S2、根据设计通行风速和主梁断面斯托罗哈数确定目标模态的阶数；

通过斯托罗哈公式计算涡脱频率，通过最大通行风速对应的涡脱频率得出目标模态，

确定目标模态的阶数N，斯托罗哈公式为：

f为涡脱频率，St为主梁断面斯托罗哈数，D为主梁高度，U是设计通行风速；

S3、根据振型向量确定MTMDI各个子TMDI的布置位置；

S4、确定各阶模态质量比，根据布置位置的振型值，计算各子TMDI的物理质量，根据梁内安装空间，确定各TMDI的惯性质量；

S5、采用基于迭代的MTMDI参数优化方法确定各组MTMDI的最优参数。

步骤S5的具体实现为：