塔/梁运动作用下的拉索大幅振动机理及其疲劳寿命评估研究

随着超大跨度桥梁的出现，作为关键构件之一的斜拉索的大幅振动问题已逐渐成为了亟待解决的关键问题之一。开展对梁或塔运动导致的拉索大幅振动研究，属于当今结构动力学与桥梁工程交叉领域的前沿问题，对改善超大跨度桥梁的结构受力性能和超大跨度桥梁的设计理论和建设发展具有重要的理论和应用价值。本课题以塔/梁运动作用下的斜拉索为研究对象，针对斜拉索大幅振动机理研究中的难点和瓶颈，根据目前拉索动力学的最新理论以及项目申请人的前期科研成果，建立一个考虑几何非线性的空间动力学模型。通过该模型全面分析拉索的基本动力学特性以及非线性动力学，对其大幅振动机理进行研究。并在此基础之上，提出一种全面有效的主动控制策略进行大幅振动控制并对拉索发生大幅振动时的疲劳寿命进行评估，最终达到指导现代斜拉桥关于拉索设计的目标。

随着超大跨度桥梁的出现，作为关键构件之一的斜拉索的大幅振动问题已逐渐成为了亟待解决的关键问题之一。开展对梁或塔运动导致的拉索大幅振动研究，对改善超大跨度桥梁的结构受力性能和超大跨度桥梁的设计理论和建设发展具有重要的理论和应用价值。本项目以塔/梁运动作用下的斜拉索为研究对象，对其大幅振动机理、振动控制以及疲劳寿命进行研究，取得了如下主要成果：(一)基于拉索的多模态非线性相互作用理论，从能量传输角度揭示拉索在塔/梁运动作用下的两种大幅振动机理，发现了拉索张力由于运动失稳导致的“拐点”现象。(二)研究了索结构空间运动中的多模态作用，发现了减缩模型面外摆振存在的“漂移”现象，揭示了动力学中拟静态假设与“漂移”现象之间的关系。(三)确定了移动质量块的摩擦力表达式，得到了移动质量块作用下的任意垂度悬索的非线性动力学模型，揭示了浅索中水平张力中的“阶跃”现象。(四)针对“特殊”的斜拉索边界条件，设计了斜拉索在支座运动作用下的试验装置，从试验的角度研究了斜拉索大幅振动的机理。(五)基于简化的Kerr模型，建立了弹性地基梁的精细化模型，研究了弹性地基梁系统的非保守特性，揭示了土—结构相互作用二次弯矩的非线性本质。(六)基于弹柔耦合动力学，建立索—梁组合结构的非线性动力学模型，利用非线性相互作用理论，从能量传输角度揭示缆索体系发生大幅整体振动的机理。