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采用MTMD控制高速铁路高架车站桥梁振动的研究
摘要
高速铁路是国家重点建设项目之一，随着高速铁路建设的快速发展，高架车站桥梁的振动控制问题越来越受到人们关注。本论文针对高速铁路高架车站桥梁振动控制问题进行了研究，提出了一种基于模态并联的MTMD控制策略，并对其进行了数值模拟和实验验证，结果表明该方法可以有效地控制高架车站桥梁振动，提高了高速铁路行车的安全性和稳定性。
关键词：高速铁路，高架车站桥梁，振动控制，MTMD，模态并联
Abstract
High-speedrailwayisoneofthekeyconstructionprojectsinChina.Withtherapiddevelopmentofhigh-speedrailwayconstruction,thevibrationcontrolofelevatedstationbridgeshasattractedmoreandmoreattention.Inthispaper,amodal-tunedmassdamper(MTMD)controlstrategybasedonmodalparallelismisproposedforthevibrationcontrolofelevatedstationbridgesofhigh-speedrailway.Thenumericalsimulationandexperimentalverificationshowthatthismethodcaneffectivelycontrolthevibrationofelevatedstationbridgesandimprovethesafetyandstabilityofhigh-speedrailwayoperation.
Keywords:high-speedrailway,elevatedstationbridge,vibrationcontrol,MTMD,modalparallelism
1.引言
高速铁路作为我国现代交通运输体系中的重要组成部分，已成为掌握现代科技、服务现代工业和调整产业结构的重要手段之一。高架车站桥梁作为高速铁路的重要组成部分，在高速列车驶过时产生严重的振动和噪声，威胁列车的稳定性和行车安全。因此，高架车站桥梁的振动控制问题已经成为高速铁路建设中亟待解决的技术难题。
2.相关工作
在振动控制领域，目前主要采用的方法包括被动控制和主动控制。被动控制方法主要是利用吸振器或阻尼器等装置在结构上加装质量，使结构的固有频率与外界激励谐振，从而起到减振控制的效果。主动控制方法则是通过激励力和控制器进行控制，从而实现对结构振动的控制。
模态并联的MTMD被广泛应用于结构减振控制中。基于模态并联的MTMD控制策略是将多个模态振型采用串并联的方式组合成一个共振模态，通过调节阻尼器质量块之间的相对位置实现控制。该方法在减振控制方面具有良好的效果，但对控制器设计和参数的选择较为敏感。
3.研究方法
为了解决高速铁路高架车站桥梁振动问题，本文采用了基于模态并联的MTMD控制策略。首先，对高架车站桥梁进行模态分析，确定其几个重要的振动模态。然后，根据模态分析结果，设计MTMD控制器参数和位置，将阻尼器质量块串并联在主振模态上，形成与结构振型平行的阻尼器质量体系，并通过修改相对位置实现控制。
4.数值模拟
为验证所提出的MTMD控制方法的有效性，本文进行了数值模拟。在数值模拟中，利用ANSYS有限元软件对高架车站桥梁进行模态分析，并在主振模态上串并联多个MTMD装置，根据设计参数对系统进行控制。
模拟结果表明，MTMD控制方法可以有效地减小高架车站桥梁的振动幅度，并在一定范围内提高高速铁路行车的安全性和稳定性。同时，经过对不同参数的控制效果进行分析，本文提出了一些控制方案，对实际应用具有参考价值。
5.实验验证
为了验证数值模拟的结果，并验证所提出的MTMD控制方法的可行性和有效性，本文进行了模型实验。在实验中，制造了一副高架车站桥梁模型，并在主振模态上串并联MTMD装置，进行了振动控制实验。
实验结果表明，MTMD控制方法可以较好地控制高架车站桥梁的振动，对结构的控制效果较好。与数值模拟结果一致，实验验证了MTMD控制方法的可行性和有效性。
6.结论
本文针对高速铁路高架车站桥梁振动问题，提出了一种基于模态并联的MTMD控制策略，通过数值模拟和实验验证，证明了该方法能够有效地控制高架车站桥梁的振动，提高了高速铁路行车的安全性和稳定性。本文的研究成果对于现代交通建设和结构控制技术的发展都具有重要意义。