[发明专利]一种吊杆减振的双环形强磁体阵列非线性动力吸振器及设计方法

说明书

本发明公开了一种吊杆减振的双环形强磁体阵列非线性动力吸振器及设计方法，属结构振动控制领域。安装位置和数量根据减振需求设计，通常在吊杆中点安装一个。该吸振器包含内和外磁环阵列、配重、万向轮及底座。它在运动中反馈与吊杆振动方向相反的控制力，使吊杆振动能量转移到吸振器进而较少返还吊杆，通过万向轮与底座间的摩擦、加装空气阻尼器等措施耗散能量。它引入了非线性刚度，使最优参数域范围从线域拓展到面域进而具备参数易调谐、减振鲁棒性高的突出优点，且易安装、耐久性强、不需或只需较少维护，对单、双和四索吊杆均适用，有望实现吊杆全寿命周期减振效果良好的目标，对保障行车与桥梁安全及延长吊杆使用寿命有积极意义。

技术领域

本发明属于工程结构振动控制技术领域，具体为基于非线性动力吸振器的 结构被动控制领域，具体应用是悬索桥和拱桥的吊杆及其他拉索结构的振动控 制。

背景技术

大跨缆索承重桥梁往往是重要的交通枢纽，常建在江河湖海、深山峡谷等 地势复杂、大气活动剧烈且大风频发的地区，作为悬索桥和拱桥关键受力构件 的吊杆，其随桥梁跨度逐渐增加变得更加细、长和柔，加上其小阻尼等特点， 导致其受突出的风致动力作用影响和长期往复振动引发的疲劳损伤累积等问题， 已成为其长期安全服役及使用寿命面临的关键挑战之一。近年来，部分大跨悬 索桥监测系统录像显示吊杆在极端天气下屡屡发生振动剧烈的现象，越来越受 到研究者和工程师们的关注。因此，需采取有效的减振措施来控制吊杆振动， 保障其服役和行车安全并延长其使用寿命。

目前，常用的方法是安装分隔器或调谐质量阻尼器(TMD)：(1)单吊杆无法 安装分隔器，而TMD实现最优控制的要求往往较为苛刻、设计中最优参数选择 范围窄，且在长期服役中TMD易出现弹簧疲劳、锈蚀和老化问题进而导致其频 率发生改变，大大降低了TMD减振效果；同时，TMD存在特定频带范围荷载 下被控结构振动响应增大的不良现象，有待缩小该频带宽度并减小其范围下的 振动响应幅值。(2)双索和四索吊杆的索与索之间安装分隔器能有效避免碰索现 象；但分隔器对垂直于双吊杆平面的方向减振作用很小；对于四索吊杆在双向 有一定的减振作用，但驰振气动干扰等仍导致其振动问题突出。因此，吊杆仍 缺乏一套减振效果好、参数易调谐、控制鲁棒性强、易维护且适用性相对广泛 的振动控制解决方案。

本发明提出了一种吊杆减振的双环形强磁体阵列非线性动力吸振器，它是 一种结构被动控制装置，通过改变内外环强磁体阵列的几何参数和物理参数控 制线性刚度和非线性刚度，利用万向轮与吸振器底座间的摩擦或加装空气阻尼 器等措施耗散能量，从而抑制待控吊杆的振动。由于非线性刚度的引入，其最 优参数域范围得到了很大的拓展，减振效果鲁棒性得到了有效提高，且其在特 定频带范围荷载下使被控结构振动响应增大的不良现象相比TMD有较大改善； 这些特点均使其应用于吊杆有望实现良好的减振效果，且具有参数易调谐、强 耐久性、易维护性、对单/双/四索吊杆均适用等优点。

本发明为大跨桥梁吊杆振动控制提供了一套方便实用的解决方案，为保障 吊杆安全服役和使用寿命提供了支撑。本说明书仅以大跨桥梁吊杆这一应用背 景为例进行说明，本发明同样适用于其他拉索结构的振动控制。

发明内容

本发明提供了一种桥梁吊杆减振的双环形强磁体阵列非线性动力吸振器， 该吸振器能减小吊杆在各种激励作用下的水平动力响应，抑制其振动。

本发明的技术方案：