周小芹

摘 要：近年來，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)水平的迅猛提升，我國交通運(yùn)輸行業(yè)獲得深化發(fā)展，各類型橋梁的大規(guī)模建設(shè)為人們的日常生產(chǎn)生活帶來極大便利，為充分順應(yīng)國家發(fā)展發(fā)展需求，鐵路交通運(yùn)輸趨向于重載以及高速、車輛運(yùn)營頻次等多元化方向發(fā)展，隨之而來的橋梁失穩(wěn)問題會(huì)對(duì)國家及人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成直接的消極影響，嚴(yán)重時(shí)催生重大損失，為此，文章將針對(duì)高橋墩長窄橋梁橫向振動(dòng)分析與振動(dòng)控制設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

關(guān)鍵詞：橋梁；高橋墩；橫向振動(dòng)；振動(dòng)控制

1 橋梁應(yīng)用的重要意義

在交通設(shè)施建設(shè)中，橋梁可謂是其中的關(guān)鍵構(gòu)成部分，對(duì)于我國人民日常的生產(chǎn)生活以及國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)而言起著十分重要的作用，為此，全球均針對(duì)橋梁設(shè)計(jì)建設(shè)提出相互較為嚴(yán)格的規(guī)定要求。近些年來，伴隨著科技水平的穩(wěn)步提高，人們就自身的生活質(zhì)量提出更高的實(shí)際需求，要求各類型交通設(shè)施需擁有較高的安全可靠性以及便捷使用性，可見，橋梁能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)間節(jié)約以及便利交通、安全順暢對(duì)于所在區(qū)域交通運(yùn)輸?shù)膶?shí)際效用之間存在有直接必然聯(lián)系，其中，保障橋梁順暢運(yùn)行可謂是確保橋梁質(zhì)量的基礎(chǔ)性內(nèi)容，確保橋梁設(shè)施正常運(yùn)行，使其能夠更好地服務(wù)于人們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活。

現(xiàn)如今，我國橋梁建設(shè)技術(shù)水平顯著提升，獲取較大成就，已然能夠趕超世界先進(jìn)水平，然而，在橋梁項(xiàng)目建設(shè)施工進(jìn)程當(dāng)中常常會(huì)暴露出各類型安全隱患問題，導(dǎo)致交通良性發(fā)展受到嚴(yán)重制約，譬如說高橋墩長窄橋梁橫向振動(dòng)問題。具體來說，單線特路橋梁所擁有的相關(guān)特征為相對(duì)較窄且甚為狹長，具有較大剛度的同時(shí)對(duì)應(yīng)的跨度較小，伴隨著鐵路火車速度的不斷加快，鐵路線路從單線逐漸變更為復(fù)線，在增加橋梁寬度的同時(shí)導(dǎo)致橋梁跨度也在增加，能夠由幾十米至一兩百米，綜合分析鐵路這種交通設(shè)施的前幾階振型可知，其中橫向振幅占據(jù)相對(duì)較大的比重，就目前的情況而言，針對(duì)高橋墩長窄橋梁橫向振動(dòng)展開有效的振動(dòng)控制可謂是橋梁建設(shè)中需重點(diǎn)研究的問題，為此可運(yùn)用TMD這種被動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)控制設(shè)計(jì)，該方法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于擁有良好的控制成效且不需配備電源設(shè)備、可實(shí)現(xiàn)便利維護(hù)、安裝制造簡(jiǎn)單便捷。

2 基于被動(dòng)控制系統(tǒng)TMD進(jìn)行高橋墩長窄橋梁橫向振動(dòng)控制設(shè)計(jì)

2.1 高橋墩長窄橋梁橫向振動(dòng)力

直橋橫向振動(dòng)通常是通過實(shí)際的橋梁施工所催生的誤差問題造成的，假設(shè)高橋墩長窄橋梁橫向線形方程為y=f（x），則列車所形成的橫向力可大寫字母F進(jìn)行表示。

F（x）=f（x）*？棕2*m（x）；

F=■F（x）dx0

在上述公式中，m（x）表示的是火車在x位置處的質(zhì)量，火車針對(duì)橋梁的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率可用？棕進(jìn)行表示，具體來說，？棕=2*PI*V/L，在該式中，L表示的是橋梁的長度，V表示的是火車速度，PI表示的是圓周率。

2.2 TMD設(shè)計(jì)

調(diào)頻質(zhì)量阻尼減震器可被稱作是TMD，其能夠作為是一種針對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)實(shí)施有效抑制的裝置設(shè)施，其早期作用為針對(duì)相對(duì)較為穩(wěn)定的激勵(lì)頻率進(jìn)行控制。該裝置的工作原理為基于主結(jié)構(gòu)進(jìn)行包含有質(zhì)量塊以及阻尼器、彈簧的TMD裝置的合理安裝，經(jīng)過一系列的相關(guān)系數(shù)的優(yōu)化調(diào)整使得主結(jié)構(gòu)振動(dòng)能量能夠?qū)崿F(xiàn)向TMD裝置的轉(zhuǎn)移，將主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)盡可能降低或者是消除，近些年來，在高層建筑以及大跨度橋梁振動(dòng)控制中TMD技術(shù)獲得較為廣泛的合理運(yùn)用。伴隨著我國鐵路列車速度的逐步加快，有些鐵路鋼梁橋所擁有的橫線剛度稍顯不足，導(dǎo)致我國鐵路運(yùn)行遭遇瓶頸，為此需合理運(yùn)用TMD被動(dòng)控制系統(tǒng)。一般來說，橋梁能夠唄看作是多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)行TMD的有效選擇時(shí)需將橋梁跨中縱梁橫向振動(dòng)幅值作為是具體的減振控制目標(biāo)，深入研究選擇恰當(dāng)?shù)腡MD位置，以及阻尼比和質(zhì)量比、固有頻率比，使得橋梁跨中縱梁橫向振動(dòng)幅值能更變得更小。

2.2.1 方程

剛度：K=Y1kY

廣義力：F（t）=YTf（t）

基于上述兩個(gè)公式可得，某個(gè)陣型的狀態(tài)方程是m1X"+CX'+KX=F（t），在這個(gè)公式中，X表示的是橫向位移，X'表示的是相對(duì)于時(shí)間t橫向位移對(duì)應(yīng)的一階導(dǎo)數(shù)，X"則表示的是相對(duì)于時(shí)間t橫向位移對(duì)應(yīng)的二階倒數(shù)。

在跨中進(jìn)行一個(gè)有阻尼TMD的安裝之后，需認(rèn)真分析整個(gè)系統(tǒng)，所得的狀態(tài)方程是

；針對(duì)TMD展開單獨(dú)分析可得狀態(tài)方程是

。

結(jié)合上述兩個(gè)方程進(jìn)行求解可得，

2.2.2 分析參數(shù)

X/Xm為質(zhì)量比u，阻尼系數(shù)？灼、附屬系統(tǒng)跟主系統(tǒng)頻率比？啄、外荷載頻率跟主系統(tǒng)頻率比？酌四個(gè)相關(guān)參數(shù)的函數(shù)。第一，當(dāng)u的取值為0.05且？啄的取值為1的視乎，雙自由度系統(tǒng)的吸振響應(yīng)圖顯示為雙波峰圖，進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候使得雙波峰值處于相等狀態(tài)，則

；第二，當(dāng)？啄跟？酌的取值均為1時(shí)，當(dāng)u小于0.1則其對(duì)X/Xm不存在有較大影響。

2.3 實(shí)例簡(jiǎn)析

牛角平特大橋主橋?yàn)槿?92m（100m+192m+100m）連續(xù)剛構(gòu)鐵路橋，主梁寬11.20m，中間支座處梁的實(shí)際高度是13.5米，中跨跨中及邊支座梁的對(duì)應(yīng)高度是7.2米。橋梁總體質(zhì)量m=82061ton，抗側(cè)推剛度k1=1050tonf/m。第一振型表現(xiàn)為橫向振動(dòng)，振動(dòng)圓頻率0.760896弧度/秒，第一振型參與質(zhì)量63.36%，m1=51990ton。結(jié)合上述第一振型所擁有的相關(guān)特性特性，u的具體取值為1%，m2=520ton，k2=10.50tonf/m，c=9.05tonf/s。

通過分析可以知道，高橋墩長窄橋梁所擁有的橫向剛度相對(duì)較低，在實(shí)際的車輛運(yùn)行進(jìn)程當(dāng)中特別是類似于鐵路列車這類型的振動(dòng)較為規(guī)律的車輛，經(jīng)常會(huì)存在有在橫向振動(dòng)之下喪失穩(wěn)定性的狀況，運(yùn)用被動(dòng)控制系統(tǒng)TMD針對(duì)橋梁橫向振動(dòng)實(shí)施控制能夠取得良好成效，且經(jīng)濟(jì)節(jié)約；若是u值較小，則其不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)造成相對(duì)較為直接的影響。

3 結(jié)束語

綜上可以知道，作為交通事業(yè)的關(guān)鍵組成部分，橋梁設(shè)施占據(jù)著重要的應(yīng)用地位，高橋墩長窄橋梁若產(chǎn)生過大的橫向振幅，則會(huì)導(dǎo)致橋梁自身喪失可靠穩(wěn)定性，嚴(yán)重影響威脅交通安全運(yùn)行，為此能夠運(yùn)用TMD被動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行橋梁橫向振動(dòng)有效抑制，TMD跟橋梁的質(zhì)量比及阻尼比、阻尼器固有頻率跟橋梁橫向固有頻率的比值可作為是關(guān)鍵參數(shù)，針對(duì)參數(shù)實(shí)施合理調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上盡可能減小橋梁橫向振動(dòng)振幅，在節(jié)約經(jīng)濟(jì)同時(shí)獲得明顯且良好的應(yīng)用成效。

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