浅谈MR阻尼器的曲线梁桥半主动控制

浅谈MR阻尼器的曲线梁桥半主动控制

1.磁流变阻尼器及其原理简介：

智能材料是一种同时具有感知和驱动功能的新型材料。磁流变（Magnetorheological，简称MR）液体是将硅油和亚纳米细度的铁粉混合制成的一种液体，作为智能材料之一，它具有粘度低、强度高、温度稳定性好、能量需求少、对通常在制造过程中引入的杂质不敏感等特点，在磁场作用下在瞬间从牛顿流体转变为剪切屈服应力较高的粘塑性体。由它制成的阻尼器阻尼力大、耐久性好、结构简单、反应快且连续可调等优点，是极具吸引力、在结构振动控制中表现出巨大潜能的振动控制装置。

2.全球研究现状：

阻尼器及半自动控制在曲线梁桥中的应用现状

曲线梁桥与直线梁桥不同，结构受“弯、扭耦合”作用。结构在活载与恒载作用下，都产生扭转，使内弧梁的内力减小、外弧梁的内力加大；且结构由于支承约束不合理，失去平衡，产生扭转，倾覆现象；梁在受到混凝土徐变收缩、温度变化等作用时梁会相对于梁的不动点和转动中心产生平面变形和扭转，使伸缩装置设置有很大难度。曲线梁桥除受到和直线梁桥一样的荷载外，还要承受离心力等荷载。

2004年，大连理工大学郭慧乾在大连理工大学黄才良教授编的平面刚架有限元程序的基础上，开发了空间刚架有限元分析程序、配套的纵向影响线计算程序和车辆荷载动态加载程序，以便曲线梁桥的探究。采用梁格法对曲线箱梁桥的受力特点进行分析，且对不等高腹与板等高腹板两种截面形式的优劣进行比较，得出了两种截面形式各自的适用范围。对曲线箱梁桥的分析和结构形式的探索得到的图表及规律，可作为曲线箱梁桥设计的参考。2006年，北京工业大学王丽等人对曲线梁桥地震响应的做了简化分析，在弹性支座上的刚性桥面系统建立了剛度偏心的简单曲线梁桥模型，得出了地震响应及自振特性和的简化计算方法。通过数值模拟对比，全面地分析了各种影响因素及其对曲线梁桥动力响应的影响规律和计算图表，可在抗震初步设计中作为参考。2006年，亓兴军，李小军对曲线桥梁弯扭耦合减震半主动控制作了分析，理论研究与震害经验表明，地震时曲线桥梁会产生弯扭耦合振动。为了减少弯扭耦合的地震反应，提出利用压电摩

擦阻尼器进行曲线桥梁地震反应半主动控制的方法，建立曲线桥梁空间有限元模型，在桥台支座部位设置半主动控制阻尼器，在不同地震波入射角情况下分析了半主动控制算法的减震效果。结果表明，半主动控制界限Hrovat最优控制算法能有减小曲线桥梁地震反应，其控制效果优于简单Bang-bang控制算法，而提供最大阻尼力的被动控制方法会增大桥梁地震反应，并不是被动控制阻尼力越大越好。2011年，亓兴军、吴玉华通过曲线连续梁桥的磁流变阻尼器减震控制研究，建立双支承曲线连续梁桥的减震控制动力仿真模型及空间有限元模型，根据连续梁桥的支座布置在各活动支座的切向设置8组磁流变阻尼器，在纵桥向输入3种不同频谱特点的地震动，计算分析了曲线连续梁桥地震反应被动控制、半主动控制和主动控制方法的减震效果。结果表明了磁流变阻尼器能有效地减小曲线梁桥的主梁切向位移和固定墩底的弯矩与扭矩。不同频谱特点地震动输入下磁流变阻尼器减震效果的差别较大，在设计曲线梁桥减震参数时需合理选择地震动输入。因此，磁流变阻尼器被动控制、半主动控制和主动控制3种减震控制方法对于曲线连续梁桥大部分地震反应减震效果的差别较小，这可为简单易行的阻尼器耗能被动控制方法在曲线梁桥抗震减震设计中的广泛应用提供理论依据。2012年陈树刚、亓兴军做了关于曲率半径变化对曲线梁桥粘滞阻尼器减震效果影响的研究。为了减少双支承曲线梁桥的地震破坏效应，亓兴军等在2012年提出了利用液体粘滞阻尼器进行曲线梁桥减震控制的方法，建立曲线连续梁桥的空间有限元模型和动力仿真模型，在桥梁墩台活动支座部位设置切向和径向液体粘滞减震装置，输入三维地震动计算分析了桥梁主动控制、半主动控制和被动控制三种减震方法的减震效果。结果表明，曲线梁桥的地震反应表现出显著的纵桥向与横桥向的耦合特性，在减震控制计算时必须同时输入三维地震动并设置纵横向减震装置。粘滞阻尼器能够控制曲线梁桥内外墩的内力趋于接近，三种减震控制方法均能有效地减小固定墩墩底内力和曲线梁桥的梁端位移，且三种方法的减震效果和地震反应时程的差别均相对较小，半主动控制和主动控制未表现出明显的优越性，建议在实际曲线梁桥的抗震减震设计中应用粘滞阻尼器被动控制。

这些研究文献都对本课题的展开提供很大的帮助。

3.研究方式及技术路线：

1.在充分调研基础上，作深入的理论研究，如智能半主动控制理论、智能被动控制理论、模糊控制理论；

2.与厂家协作，做关于阻尼器的物理力学试验研究；

4.拟解决的关键技术问题：

1.MR阻尼器的力学模型仿真。

2.智能控制的迟时问题（对车辆荷载尤其是超重车辆作用下，需对车辆上桥前提前实行自动识别，并通过称重、传感等手段，提前对桥梁施加智能控制，以解决迟时问题）。

5.总结：

对于此研究的可行性：第一，对桥梁减隔振及磁流变阻尼器进行了一定的学习，并掌握了一相关的理论知识。通过大量的文献阅读，能够对有关基于磁流变阻尼器的结构振动控制的研究有所认识；第二，大型工程软件的开发应用，有限元技术不断改进，繁杂的数值计算理论得以实现，大规模的参数分析解决了许多现实问题。第三，随着地震的频繁发生，结构抗震，特别是桥梁结构的减隔振是土木工程界研究的热点问题之一，对桥梁抗震有着广泛的工程背景，有大量的文献可参考。

参考文献

[1] 邓志党，高峰，刘献栋等.磁流变阻尼器力学模型的研究现状明[J].振动与冲击，2006，03，121一125.

[2] Carlson.J.D.and JollyM.R.MR fluid foam and elastomers deviees.Meehatronics，2000，10：555一569.