柔性桥梁非线性设计和风致振动与控制的关键技术

2007年度国家科学技术进步奖二等奖。 2100433B

主要完成人：陈政清，胡建华，杨 进，王修勇，高宗余，华旭刚，万田保，杨孟刚，何旭辉，廖建宏

主要完成单位：湖南大学，中铁大桥勘测设计院有限公司，湖南省交通规划勘察设计院，中南大学，湖南科技大学

桥梁风致振动的经典理论体系是在40年代－70年代发展起来的。主要适用于悬索桥结构。80年代以来作了一些改进，使之基本适用于斜拉桥的抗风研究。但是经典抗风理论已越来越不能适应现代桥梁结构的发展，并且也出现了一些新的抗风课题。因此，有必要开展能适用于现代桥梁结构的风致振动与控制的现代理论体系研究。现代理论的核心是要摆脱只计主梁气动力作用等经典理论基本假定的限制，研究其它重要构件的气动力荷载的特性、表达方式与测定方法，进而建立计及全部主要构件（梁、索、塔）气动力荷载的改进的桥梁颤振与抖振理论。现代理论研究也包括紊流效应以及现代控制理论的深入研究。如同经典抗风理论促进了轻柔大跨悬索桥的发展一样，现代抗风理论将会对超大跨度桥梁以及复合材料轻型桥梁的发展起到巨大促进作用。

土木工程结构在强震作用下将不可避免地进入塑性阶段，从而表现出非线性行为，因此研究结构非线性振动识别与控制具有重要的理论和实际意义。本项目针对结构中已知非线性程度及非线性类型的不同，设计合适的结构非线性振动识别及控制算法，并分别基于旋转阻尼器和磁流变弹性体建立具有可重复性的结构非线性振动试验模型。具体为：1）当已知较多非线性模型信息时，采用常参数结构非线性振动模型，设计以鲁棒控制方案为主的控制算法；当已知较少非线性模型信息时，采用时变参数结构非线性振动模型，设计以自适应制方案为主的控制算法；2）利用磁流变或粘滞旋转阻尼器建立具有可重复性的结构非线性振动试验模型，并通过调整输入到磁流变旋转阻尼器中的电压信号实现不同的非线性行为；3）利用磁流变弹性体设计变刚度柱，并建立可以实现不同刚度非线性的结构非线性振动试验模型；4）在试验模型上验证前面提出的结构非线性振动识别与控制算法的合理性。