基于MR阻尼器的纵飘桥梁被动减振－半主动减震控制研究

纵飘体系桥梁纵向刚度小，在日常行车和地震作用下会产生较大的主梁纵向位移，影响桥梁的正常使用性能，给桥梁维护带来相当的困难。目前已有的控制措施（常用的弹性索和粘滞阻尼器）只能满足单方面的需要，而MR阻尼器具有阻尼力范围实时可调的优良特性，可以兼顾车振与地震的不同要求，实现双重控制功能。本项目拟在提出的宽频带MR阻尼器力学模型的基础上，建立纵飘体系桥梁被动减振－半主动减震混合控制系统，编制有限元仿真分析与控制软件，对该系统进行仿真控制研究，获得日常行车和地震作用下MR阻尼器的减振/震效果与规律，优化控制参数与算法，实现被动减振和半主动减震之间的自动转换；开展单自由度系统和实桥缩尺比模型减振/震试验研究，验证仿真分析结果和系统的有效性。项目研究将形成一套桥梁结构减震（振）控制的新理论与新技术，可解决柔性大跨度桥梁结构体系设计难题，具有重要的学术价值及工程应用价值，应用前景广阔。

纵飘桥梁允许主梁纵向运动，其纵向振动周期较长，在地震和制动力作用下能有效减小结构内力；但因其纵向刚度较小，在制动力和地震作用下会产生较大的主梁纵向位移，对桥梁结构的工作性能产生不利的影响。由于MR阻尼器具有能耗少、出力大、响应速度快、结构简单、阻尼力连续顺逆可调及控制方便等优良特性，本项目基于MR阻尼器，开展了纵飘桥梁被动减振-半主动减震控制研究。.首先，根据RD1097型MR阻尼器的力学性能试验测试结果，提出了一种新的非线性滞回模型，该模型的阻尼力与位移、速度曲线和试验曲线均拟合较好，验证了模型的有效性。该模型克服了已有参数化模型精度不高、参数复杂和不易识别等缺点，且能满足宽频带减震控制的需要。.其次，以佛山平胜大桥独塔自锚式悬索桥为工程背景，建立了MIDAS有限元模型，并对其进行了模型简化。建立了平胜大桥车辆制动力模型，采用影响矩阵法和正交试验法，对粘滞阻尼器和摩擦摆支座组合方案进行了减振分析，获得了最优参数；对采用MR阻尼器的7种控制工况进行了仿真，得出Passive-on控制为车辆制动力下的期望控制。通过对实桥地震波、EL-Centro波和Takochi-oki波等3种地震荷载作用下的减震控制分析，综合减震效果和所需能力的多少，得出基于模糊理论的半主动控制为地震荷载下的期望控制。以加速度变化率为阀值，利用MATLAB/SIMULINK建立了基于MR阻尼器的纵飘桥梁被动减振-半主动减震混合控制系统，并验证了系统的有效性。将该系统应用于实桥的减振（震）仿真分析，在合成的外干扰力作用下，混合控制系统的减振（震）效果优于其它控制算法，减振（震）效果显著。.最后，基于dSPACE实时仿真控制系统，开展了正弦激励、El-Centro波、Taft波以及实桥地震波下的减震试验，7种测试工况的试验结果表明，MR阻尼器能有效地减小结构在随机地震动下的位移响应；仿真分析和实测时程曲线较吻合，说明提出的MR阻尼器力学模型是有效的，提出的减振（震）控制系统仿真结果是可信的。.本项目研究成果为大跨度纵飘桥梁提出了一种有效的减振（震）措施，为此类桥梁的抗振（震）设计提供了一种新的思路，具有较好的应用前景。