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工学硕士学位论文

大跨悬索桥地震响应控制研究

硕士研究生:韩轶
导师:王焕定教授
申请学位:工学硕士
学科:结构工程
所在单位:土木工程学院
答辩日期:2011 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: TU997
: 624

Dissertation for the Masteral Degree in Engineering

RESEARCH ON SEISMIC RESPONSE CONTROL
OF LONG SPAN SUSPENSION

Candidate: Yi Han
Supervisor: Prof. Huanding Wang
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Structual Engineering
Affiliation: School of Civil Engineering
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
随着大跨悬索桥和结构振动控制技术的发展,大跨悬索桥的振动控制问题已
成为工程领域新的课题。以往很多学者的研究大都集中在如何控制大跨悬索桥的
风振响应。随着地震对大跨悬索桥安全性一次又一次的冲击,大跨悬索桥的地震
响应控制问题也日益突出。本文主要研究了大跨悬索桥主梁跨中的横向、竖向和
扭转三向振动的位移控制问题。
虽然调谐质量阻尼器(TMD)在桥梁上的应用已有不少成功的案例,但要设
计出适合大跨悬索桥的 TMD 仍存在很多问题。本文根据江阴长江大桥的数据建
立了研究模型,在动力特性分析的基础上借用杠杆式 TMD 的设计思想,设计出
了适合大跨悬索桥的 TMD 控制装置,并结合研究模型的实际情况进行了 TMD
控制分析。TMD 控制分析的结果表明,TMD 对大跨悬索桥主梁跨中三向位移的
控制效果有限且对地震记录较为敏感。
主动控制运用于桥梁的地震响应控制也有不少学者研究,但控制算法的计算
效率及产生的时滞问题影响了其广泛应用,特别是对于大跨悬索桥这样具有庞大
自由度的体系。本文提出了基于 Wilson-θ法的瞬时最优控制算法,该算法消除了
计算最优控制力产生的时滞且具有较高的计算效率。本文在自编程序 MockCool
中编写了主动控制的程序并参考韩国光安大桥(Kwang-An Grand Bridge)的数据
建立了研究模型,最后对模型进行了主动控制分析。主动控制分析的结果表明基
于 Wilson-θ法的瞬时最优控制算法对大跨悬索桥主梁跨中三向位移的控制是有效
的,其中横向和竖向都能达到 90%以上,且权系数对地震记录的敏感性不强。
本文对大跨悬索桥在地震作用下的 TMD 被动控制和 AMD 主动控制进行了
研究,希望为同类桥型振动控制的研究提供参考。

关键词:大跨悬索桥;地震响应控制;调谐质量阻尼器(TMD);主动控制;
Wilson-θ瞬时最优控制算法
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
With the development of long-span suspension bridge and vibration control
technology, the vibration control of long-span suspension bridge has e a new
topic in the engineering field. In the past, many scholars’ research mainly focused on
how to control the response in the wind. With the shocks of earthquake on the safety of
long-span suspension bridge, the seismic response control issues of long-span
suspension bridge are also increasingl