大跨度悬索桥多模态涡振的阻尼器半主动控制方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51808210
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0810.工程防灾
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

There exits a number of vertical bending modes with frequerncy less than 0.6Hz for long-span suspension bridges, and severe multi-mode vertical vortex-induced vibration (VVIV) has been observed on several steel box-girder suspension bridges under frequent wind velocities. For a finished bridge, it is difficult to suppress the multi-mode VVIV by additional aerodynamic measurements or tuned mass dampers. It has been found by the applicant in the previous study that for the multi-span suspension bridge the floating type pylon-girder connection is frequently used, in this case there is a relative displacement between the girder and the pylon when VVIV occurs, so the damping device installed between the girder and the pylon is able to suppress multi-mode VVIV. However, optimal control for multi-mode VVIV can not be achieved by a passive damping device. Since the damping device is just installed between the pylon and the girder, semi-active control of the VVIV for multiple modes is feasible. In this application, the semi-active control of the multi-mode VVIV using the damping device installed between the pylon and the girder will be studied, through the theoretical analysis, numerical simulation and experimental verification. To achieve this goal, the following contents will be deeply investigated: First, the characteristics of the VVIV of different modes will be studied, as well as the optimal control parameters of the damping device. Second, the effective semi-active control strategy will be proposed for the multi-mode VVIV control. Third, the hybrid axial eddy current damper employing both the permanent magnets and the electromagnets will be developed and served as the semi-active damper.
大跨度悬索桥频率在0.6Hz以内竖弯模态密集,国内外多个既有悬索桥在常遇风速下加劲梁多个模态都相继发生了较为严重的竖向涡激振动。在既有悬索桥上追加气动措施或附加TMD措施抑制多阶涡振都有较大的困难。申请人在前期工作中发现:多跨悬索桥一般为漂浮体系,涡振时在主塔和加劲梁相交处有相对位移;在此处安装竖向阻尼器对多阶模态涡振都有抑制效果;但参数固定的阻尼器无法实现多个模态的最优控制。注意到集中安装在塔梁相交处的阻尼器具备实施半主动控制的可行性,申请人将采用理论分析、数值模拟和试验验证相结合的方法研究采用塔梁相交处阻尼器进行半主动控制的方法,实现对多个模态涡振的最优抑制效果。为此,必须掌握不同模态竖向涡振的特征参数与所需的阻尼器最优控制参数;研究建立高效率的多模态竖向涡振半主动控制方法;研发可以执行半主动控制的永磁-电磁混合式轴向电涡流阻尼器。

结项摘要

近年来,国内外多座既有悬索桥在常遇风速下遭遇了较为严重的多模态竖向涡振,由此引发的行车安全和舒适性问题对大桥的正常运营造成了不利影响。在既有悬索桥上追加气动措施或附加TMD措施抑制多阶涡振都有较大的困难。本项目研究在桥塔和主梁交汇,二者存在相对竖向位移的位置设置竖向阻尼器的悬索桥多模态竖向涡振被动和半主动控制方法。本项目的工作如下:(1)针对节段模型涡振试验,研制了一种阻尼系数可调的板式电涡流阻尼器。试验表明它可为节段模型弹性悬挂系统提供连续、精确可调的线性粘滞阻尼,最大附加阻尼比2.0%以上;(2)精确识别了开口断面加劲梁竖向涡振锁定区间、最大涡振振幅以及对应的Scanlan非线性涡激力数学模型的气动参数随Sc数的变化规律。研究表明,主梁竖向涡振振幅和锁定风速区间都随着Sc数的增大而逐渐减小,但影响规律因风攻角而异;选取四到五组较小的Sc数开展风洞试验,利用Scanlan非线性涡激力模型可以预测桥梁最大涡振振幅随Sc数的变化规律;(3)研究了安装竖向阻尼器对大跨度悬索桥涡振敏感模态附加阻尼比的影响。理论分析表明,通过参数优化,被动式竖向阻尼器可显著提高悬索桥高阶竖弯模态的固有阻尼比,理想条件下可达1%以上;(4)研制了电磁轴向电涡流阻尼器样机并开展了性能测试,试验结果表明通过改变安匝数可有效调节轴向电涡流阻尼器的阻尼系数。(5)结合悬索桥有限元模型的动力响应分析方法研究了bang-bang半主动控制算法对加劲梁多竖向涡振的控制效果。结果表明,对于指定的高阶竖弯模态,半主动控制比被动控制效果更优;(6)开展了悬索桥等效气弹模型的涡振特性试验。结果表明,气弹模型不同竖弯模态的涡振响应随着结构阻尼比的增大而降低。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
永磁电涡流阻尼新技术及其在土木工程中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国公路学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈政清;华旭刚;牛华伟;黄智文;张弘毅;陈谨林
  • 通讯作者:
    陈谨林
新型电涡流轴向阻尼器的阻尼特性及减振性能分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    土木工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖潇;黄智文;陈政清;华旭刚
  • 通讯作者:
    华旭刚
Exploration of the Nonlinear Effect of Pendulum Tuned Mass Dampers on Vibration Control
摆式调谐质量阻尼器对振动控制的非线性影响探讨
  • DOI:
    10.1061/(asce)em.1943-7889.0001961
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    JOURNAL OF ENGINEERING MECHANICS
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Xu Kai;Hua Xugang;Lacarbonara W;Huang Zhiwen;Chen Zhengqing
  • 通讯作者:
    Chen Zhengqing
节段模型弹性悬挂系统的阻尼非线性对涡激力模型参数识别结果的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    铁道科学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈政清;肖潇;黄智文;华旭刚
  • 通讯作者:
    华旭刚
Optimal design and performance evaluation of a novel hysteretic friction tuned inerter damper for vibration control systems
用于振动控制系统的新型迟滞摩擦调谐惰性阻尼器的优化设计和性能评估
  • DOI:
    10.1002/stc.2775
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    STRUCTURAL CONTROL & HEALTH MONITORING
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Hua Xu-gang;Tai Yu-ji;Huang Zhi-wen;Chen Zheng-qing
  • 通讯作者:
    Chen Zheng-qing

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其他文献

板式电涡流阻尼系数的计算与试验修正方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国公路学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈政清;田静莹;黄智文;王建辉
  • 通讯作者:
    王建辉
ZnO压敏微球/硅橡胶复合材料介电弛豫特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    何金良;孙岗;胡军;谢竟成;黄智文;袁之康
  • 通讯作者:
    袁之康
电涡流调谐质量阻尼器在钢-混凝土组合楼盖振动控制中的应用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    建筑结构学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈政清;黄智文;田静莹
  • 通讯作者:
    田静莹
含有非线性电场均化层的高压套管电场分布特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高电压技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何金良;孙岗;袁之康;黄智文;胡军
  • 通讯作者:
    胡军
辣椒新品种‘金田11 号’
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    园艺学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李颖;王恒明;徐小万;徐晓美;黄智文
  • 通讯作者:
    黄智文

其他文献

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黄智文的其他基金

基于智能节段模型弹性悬挂系统的桥梁涡振特性及主动控制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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