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基于分布式TMD的预制钢板组合梁桥的行车振动及控制
分布式TMD对预制钢板组合梁桥行车振动控制的研究
摘要
预制钢板组合梁桥是一种新兴的型式，但是其行车振动却是一个比较严重的问题，会对运行安全和使用寿命带来很大的影响。为了解决这一问题，本文采用分布式TMD的方法，通过对预制钢板组合梁桥的结构进行优化和设计，控制其自身的振动，提高其运行的安全性和可靠性。实验表明，分布式TMD能够有效地改善预制钢板组合梁桥的颤振问题，在提高其承载力的同时，降低了行车振动的程度，有效保障了桥梁的使用寿命。
关键词：分布式TMD；预制钢板组合梁桥；行车振动；控制；优化
Abstract
Prefabricatedsteelplatecompositebeambridgeisanewtypeofstructure,butitsvibrationduringoperationisaseriousproblem,whichwillhaveagreatimpactonthesafetyandservicelifeofthebridge.Inordertosolvethisproblem,thispaperusesthemethodofdistributedTMDtooptimizeanddesignthestructureofprefabricatedsteelplatecompositebeambridge,controlitsownvibration,andimproveitsoperationalsafetyandreliability.TheexperimentshowsthatthedistributedTMDcaneffectivelyimprovetheflutterproblemofprefabricatedsteelplatecompositebeambridge,whileimprovingthebearingcapacityofthebridge,reducingthedegreeofcarvibration,andeffectivelyensuringtheservicelifeofthebridge.
Keywords:distributedTMD;prefabricatedsteelplatecompositebeambridge;carvibration;control;optimization
1.引言
预制钢板组合梁桥是一种新型结构，具有自重轻、工期短、施工便捷等优点，越来越得到了工程设计和施工单位的青睐。然而，在实际的使用中，其行车振动问题却频繁出现，给桥梁的运行安全和使用寿命带来了很大的威胁。因此，对预制钢板组合梁桥的行车振动进行控制已经成为当前研究的一个重要课题。
目前，对于预制钢板组合梁桥的行车振动控制，国内外的研究者主要采用了传统的TMD、ATMD、E-TMD等方法进行控制。然而，这些方法都存在着优化设计难度大、控制效果不理想等弊端。因此，本文提出了一种基于分布式TMD的方法，通过对预制钢板组合梁桥结构的布置和设计，对其行车振动进行控制，从而提高桥梁的使用寿命和运行安全性。
2.分布式TMD的设计原理
2.1分布式TMD的基本原理
分布式TMD是一种新颖的控制方法，其工作原理是通过在结构中分布若干个质量较小但刚度较大的调节器，使结构呈现出弹性刚度变化。当结构受到外力的作用时，分布式TMD中的调节器会随着结构的振动而产生轻微的位移，从而消耗振动能量，使结构达到稳定。因此，分布式TMD在控制振动幅值和振动频率方面具有较好的效果，已经在建筑结构、输电线路和高速公路桥梁等领域得到了广泛应用。
2.2分布式TMD的设计原则
分布式TMD的设计原则是在保证足够的强度和刚度前提下，在结构中合理安排调节器的数量和位置，从而达到减小结构振幅的目的。其设计原则包括以下几个方面：
（1）选择合适的质量和刚度。在保证调节器足够轻便的前提下，选择适当的刚度和质量，以便对结构的振动进行控制。
（2）合理地布置调节器的位置。在交通桥梁的设计中，调节器应布置在主梁和法向梁交叉处，以便达到最佳的控制效果。
（3）调节器之间的布置应均匀。在设计中，应保证调节器之间的布置均匀，避免出现调节器布置集中的情况。
3.预制钢板组合梁桥行车振动的控制
3.1预制钢板组合梁桥振动特性
预制钢板组合梁桥是由预制钢筋混凝土复合板和I型钢组合而成的梁体，其振动特性主要表现为主梁的纵向弯曲振动和法向梁的横向弯曲振动。在行车时，车辆的作用会沿着主梁方向和法向传导，导致桥梁振幅的增加，甚至出现颤振现象。
3.2分布式TMD的设计
为了控制预制钢板组合梁桥的振动，本文提出了一种基于分布式TMD的设计方案。在设计中，选取了两个调节器，分别布置在主梁的两端，调节器的刚度为50MN