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摘要
为研究塔-梁模态间耦合作用对斜拉桥整体模态及1:1内共振影响,考虑由斜拉索初始垂度及横向振动大位移引起的几何非线性,建立固结体系斜拉桥塔-索-梁耦合面内整体动力学模型.其中桥塔和主梁被简化为参数质量体系,基于塔-索、索-梁及塔-梁动态平衡关系推导得到斜拉桥整体模型的动力平衡方程.通过有限差分法对参数体系的微分方程进行代数转换,运用模态拖拽法和分离变量法得到结构的运动方程和模态函数,观察到局部-整体模态间、主导-非主导模态间的模态翻转现象,并采用Runge-Kutta积分方法对无阻尼的系统方程进行数值仿真,系统分析了塔-梁耦合作用对1:1内共振的影响,结果表明:在文章塔-索-梁耦合模型中,塔-梁耦合作用对结构的低阶对称及高阶整体模态没有影响作用,塔或梁的振动模态完全主导了该阶结构整体模态;塔-梁耦合作用对结构的低阶反对称整体模态具有显著影响作用,此时结构整体模态呈现为塔和梁振动模态共同参与的混合整体模态.拉索的振动模态与此两种整体模态1:1耦合都将产生剧烈内共振,各构件的模态局部化程度系数是量化内共振参与度的重要因素.在完全整体模态内共振中,非主导模态不参与结构内共振,能量转换仅发生在主导的构件模态与拉索的振动模态间;在混合整体模态内共振中,非主导模态将参与内共振能量转换并改变拉索振动响应的动力特性,其影响效应随整体模态阶次与构件参数变化而变化.
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单位公路学院; 长安大学
