[发明专利]一种结构等效附加阻尼比计算方法、装置和设备

说明书

本申请公开一种结构等效附加阻尼比计算方法、装置和设备，通过在桥梁结构的有限元模型中添加支座以约束目标模态的自由度，施加支座强制位移并获取支座反力；撤除所述支座并在所述有限元模型的目标位置设置阻尼器，在被约束的自由度方向上施加根据所述支座反力生成的外激励载荷；获取施加所述外激励载荷时，所述桥梁结构的节点位移时程，所述节点位移时程为所述桥梁结构节点的位移随时间变化的关系；根据所述节点位移时程计算所述目标模态的等效阻尼比。实现了无需大量运算即可获得高精度的附加等效阻尼比，为预估和评判阻尼器引起的结构动力性能变化提供准确的数据。

技术领域

本申请涉及桥梁风工程技术领域，尤其涉及一种结构等效附加阻尼比计算方法、装置和设备。

背景技术

近年来我国桥梁建设水平快速发展，桥梁的跨度不断增加，由于此类长大跨桥梁结构自身阻尼和刚度较低，极易在风的作用下产生剧烈的动力响应。2020年4月，鹦鹉洲长江大桥发生了可感知的风致涡激振动，实测在汉阳侧3/8主跨处振幅最大，达到了0.53m，桥上车辆驾驶员有不适感并引起舆论关注。同年5月，虎门大桥也发生了最大振幅0.31m的涡激振动，经分析是因施工在车道边设置了水马，改变了主梁断面的气动外形所导致。由此可见，不论是从提高大跨度桥梁抵御灾害能力、延长其使用寿命、还是保障行车安全舒适性来讲，都有必要对结构的振动进行抑制。同时也体现出风致振动控制和减振设计在当今桥梁工程设计中的重要性。

抑制桥梁的风致振动，一般可以从气动措施、结构措施、阻尼减振措施三方面入手。气动措施是对结构的气动外形进行设计，其抑振效果有限。结构措施是增加结构的刚度或质量，其会导致构件尺寸大幅增加，不利于成本控制。阻尼措施是设置阻尼减振器，通过增大结构的模态阻尼来控制振动。经过大量工程实践证明，阻尼减振措施是大跨度桥梁最为经济、有效、可行的振动控制方式。

实际中的振动系统都存在阻尼，它在振动的过程中耗散系统的能量。阻尼的内在机理十分复杂，由于线性粘性阻尼模型在数学解析上的便利及具备一定的精确性，使得当前实际工程分析及参数识别都是以此为基础展开，并由此推导了阻尼比的概念，各类型阻尼一般均等效为线形粘性阻尼计算。可见，等效阻尼比是设计阻尼减振措施时衡量振动控制效果及减振措施有效性的重要指标，如果设计值与实际不符，一方面不利于工程的经济性，另一方面甚至会给结构的安全和正常使用带来诸多隐患。

常规桥梁分析中，以大跨度桥梁易产生的涡激振动为例，通常需要对特定的某几阶模态加以抑制，并针对性的进行阻尼器设计，阻尼器的设置势必影响整体结构的模态阻尼比。现有技术手段中，尚无较好的方法计算阻尼器对整体结构各模态的附加阻尼比，进而无法准确预估和评判阻尼器引起的结构动力性能变化，导致动力计算结果与实际产生较大误差，不符合桥梁设计的适用性原则，甚至危及桥梁安全。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种结构等效附加阻尼比计算方法、装置、和设备，旨在解决上述技术问题。

第一方面，本申请提供一种等效附加阻尼比的计算方法，所述方法包括以下步骤：

在桥梁结构的有限元模型中添加支座以约束目标模态的自由度，施加支座强制位移并获取支座反力；

撤除所述支座并在所述有限元模型的目标位置设置阻尼器，在被约束的自由度方向上施加根据所述支座反力生成的外激励载荷；

获取施加所述外激励载荷时，所述桥梁结构的节点位移时程，所述节点位移时程为所述桥梁结构节点的位移随时间变化的关系；

根据所述节点位移时程计算所述目标模态的等效阻尼比。

一些实施例中，在桥梁结构的有限元模型中添加支座以约束目标模态的自由度之前，包括：

根据桥梁的成桥线形建立所述桥梁结构的有限元模型，其中所述有限元模型中不包括阻尼器且自身阻尼比为0；