[发明专利]一种斜拉索振动的半主动控制方法

说明书

技术领域

本发明属于结构振动控制领域，具体涉及一种斜拉索振动的半主动控制方法。

背景技术

随着斜拉桥跨度的不断增大，斜拉索变得越来越长，如香港昂船洲大桥最长索长为536m，苏通大桥最长索已达到577m。斜拉索作为主要承重构件，其柔性大、自重轻、内阻尼低、固有频率分布广，极易在环境激励（如风雨激振）或支承端的梁塔位移作用下发生强烈的振动。这种大幅度的振动会引起拉索过早的疲劳破坏；造成拉索与塔梁连接部分的损坏；丧失公众对桥梁的安全信心。对于大跨度斜拉桥，拉索的振动控制已经成为斜拉桥建造中需要解决的关键技术问题之一。

在实际工程中，应用最为广泛的拉索减振措施是采用被动阻尼器安装在拉索端部来控制拉索的振动。近年很多学者对被动线性粘滞阻尼器的设计方法进行了研究，形成了较为成熟的理论分析方法。但被动线性粘滞阻尼器具有明显的缺点，拉索所获得的最优模态阻尼比与阻尼器离索端的距离成正比。阻尼器离索端距离越远，可获得的最优模态阻尼比越好。在实际工程中，由于景观和其它因素的限制，阻尼器的安装位置往往局限在斜拉索的锚固端附近，一般不超过索长的5%。而现代斜拉桥正朝着超大跨度的方向发展，随着斜拉桥跨径不断地逼近并超越1000米，斜拉索长度已增加到300～650米。对于如此长的斜拉索，当阻尼器位置到索端距离很近时将无法提供足够的阻尼比。为了寻求更好的拉索振动控制方法，人们把更多的兴趣放在了拉索的半主动控制研究上。

拉索半主动控制（Semi-active Control）是近年来国际上研究的热点之一。它是通过结构反应和外界激励的信息主动调节控制装置的参数，使结构的状态处于最优状态，所需能源比主动控制小很多，而控制效果要好于被动控制。由于半主动控制是利用控制机构来调节结构内部的特性而不是直接给结构施加作用力，所以这种控制方式可以认为是主动控制发展的第二个阶段，从传统的力控制发展到参数控制。又由于半主动控制系统能够实现的控制力形式和方向的有限性，因此需要建立反映半主动控制力特点的控制方法（通常称为半主动控制算法）来驱动半主动控制装置。其易于实现，控制效果好，所需能量少的优点受到国内外广大研究者们的青睐，因此半主动控制在实际工程应用中有着广泛的前景。

在实现半主动控制的装置中，磁流变阻尼器（MR）引起了人们的广泛关注，磁流变液是一种智能材料，在磁场作用下，可在毫秒级时间内从流体变为剪切屈服应力较高的粘塑性体，这种改变具有连续、可逆、迅速和易于控制的特点，特别适用于制作成半主动控制阻尼器。MR阻尼器通过对输入电流的调节，即可控制阻尼力的大小，且阻尼力总是耗散的，因而系统的鲁棒性很好。MR阻尼器所需的能源很低，其工作电压只需2～25V。即使能源中断，仍可作为被动耗能装置（粘滞阻尼器）而继续发挥控制作用，因此具有很强的可靠性。

关于拉索的半主动控制，国际上对它的研究从20世纪90年代到现在只有10多年的时间，国内外的相关研究尽管很多，但大多停留在理论研究和数值模拟阶段，现场试验和工程应用较少，即使有的已在成桥中加以应用，但其控制效果还不如被动最优控制。可见，该领域的研究仍不算成熟，从系统设计到工程应用还有许多难题没有得到解决，其中最主要的因素是半主动控制算法存在缺陷。

因此，需要一种斜拉索振动的半主动控制方法以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中半主动控制方法的缺陷，提供一种实用、简便和高效的斜拉索振动的半主动控制方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的斜拉索振动的半主动控制方法采用如下技术方案：

一种斜拉索振动的半主动控制方法，所述半主动控制方法采用非线性摩擦阻尼的可变阻尼器，所述可变阻尼器的阻尼力F_d通过下式表示：

Fd=-sgn(y·d)TaYd]]>