基于主动控制面的大跨悬索桥颤振控制

来源：中国血液净化杂志2017年第2期北京时间：

作者：郭增伟, 葛耀君, 赵林, 李柯

单位：1. 重庆交通大学 山区桥梁结构与材料教育部工程研究中心, 重庆 400074;2. 同济大学 土木工程防灾国家重点实验室, 上海 200092

摘要：针对目前主动控制面研究中存在的不足，通过风洞试验探讨了控制面扭转运动对主梁周围流场的干扰效应，按照现代控制理论对动态系统的描述方式，建立了主动控制面颤振控制的状态空间模型，并以一座主跨3 000 m的悬索桥为工程背景，采用二次型最优控制算法对主动控制面系统的颤振控制效果进行了数值仿真分析，讨论了控制面颤振控制参与模态的选择方法，分析了控制面布置长度和作动器数量对其颤振控制效果的影响。研究结果表明：在控制面宽度为1/20梁宽，距离主梁3.0倍梁高时控制面扭转运动会对主梁周围流场特别是前部区域的压力脉动产生影响，但控制面振动所造成的那部分卓越脉动压力在总脉动压力中的比例不足10%，在控制面气动力模型中可以忽略干扰效应产生的气动力；相比于模态幅值比，依据模态能量比选择参与模态进行颤振分析更为有效；安装主动控制面后主跨3 000 m的悬索桥颤振临界风速提高了近1倍，且在0~80 m·s^-1风速范围内可能发生的颤振形态均得到了有效控制，控制面的颤振控制效果随其布置长度和作动器数量的增加而逐步提高；作动器超过2组以后，作动器数量虽不会进一步提高悬索桥颤振临界风速，但控制面可以被划分为更多独立的部分，控制系统的可靠性将得到进一步增强。

关键词：桥梁工程,颤振控制,仿真分析,主动控制面,振动控制

基金资助：国家自然科学基金项目（51408087）；重庆市前沿与应用基础研究项目（cstc2014jcyjA30009）；桥梁工程结构动力学国家重点实验室开放基金项目（201501）