公路橋梁與車輛耦合振動控制研究現狀綜述

摘 要：通過綜述國內外公路橋梁與車輛耦合振動控制研究的現狀、研究遇到的問題、主要的研究手段、分析研究可能出現的新的技術趨勢、并結合國內外車橋耦合振動控制研究的成果。

關鍵詞：公路橋梁；車輛耦合振動；控制

1 引言

結構疲勞是結構老化的主要原因之一。因此，通過將降低應力峰值延長結構的使用壽命具有廣泛前景的研究。當由大量車輛荷載通過橋梁時，橋梁結構內的結構構件處于高應力水平。這種應力引起結構的疲勞。通過減小由車橋耦合振動引起的應力峰值來減少結構的疲勞破壞和延長結構的使用壽命，具有良好的研究前景。

現代結構控制技術分為隔振、消能減振和主動控制。隔振和消能減振是無外加能源的控制，其控制作用是控制裝置隨結構一起振動而產生，屬被動控制；主動控制是依靠外界能量提供控制作用來抑制結構反應。

2 車橋耦合振動TMD控制技術的研究現狀及其分析況

調諧質量阻尼器（TMD）控制是結構消能減振控制技術中的一種。目前，它被認為是除基礎隔振技術外另一個有廣泛發展前景的結構控制方法，土木工程的各領域都對它進行了較多地研究。TMD控制領域控制方面的綜述文獻較多，這里不再論述。

3 車橋耦合振動半主動控制技術的研究現狀及其分析況

半主動控制液壓阻尼器以其結構原理簡單，技術要求相對較低和維修方便，而得到較為廣泛的應用。

1995年，S. J. Shelley[1]等人在一座跨度為250英尺的鋼桁架公路橋上沿全長設置振動主動控制系統。1999年，美國W. N. Patten等人建立了第一個應用于實際橋梁半主動控制系統ISB（Intelligent Stiffener for Bridges）。M. Zribi和N. B. Almutairi等（2006年）[2]人研究了懸索橋由于橋面上以恒定速度移動的垂直負載的振動控制。通過安裝于纜線之間的橋面懸索安裝液壓驅動器能夠產生半主動控制力。分別采用線性和非線性兩種控制方案，其設計是基于Lyapunov理論，保證該系統的漸近穩定性。

4 車橋耦合振動智能控制技術的研究現狀及其分析

磁流變液（Magnetorheological Fluid，簡稱MRF）屬可控流體，是由高磁導率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導磁性液體混合而成的懸浮體。這種懸浮體在零磁場條件下呈現出低粘度的牛頓流體特性；在強磁場作用下，則呈現出高粘度、低流動性的Bingham體特性。

Gordaninejad（1998年）[3]等人建立了設置兩個MR阻尼器的兩跨橋梁振動控制的理論模型。內華達大學的王小杰和Faramarz Gordaninejad（2002年）[4]采用液體力學模型描述磁流變阻尼器的非線性動態行為。建立一個兩跨橋和兩個磁流變阻尼器的理論和實驗模型。其同一實驗室的另一位同事劉陽明和Faramarz Gordaninejad等人（2005年）[5]研究了基于磁流變液（MRF）減振器的不同控制策略。Ruangrassamee等人（2001年）[6]的磁流變（MR）阻尼器在橋梁響應的半主動控制中的應用。根據不同的加載頻率和加載幅度，對MR阻尼器進行了一系列的循環荷載試驗。根據位移或速度改變阻尼力的兩種算法進行分析。

國內，楊光和陳祝平[7]（2007年）進行了含MR阻尼器的簡支梁振動響應分析，應用迭代攝動法討論了含有MR阻尼器的振動系統的非線性頻譜并且給出了帶有MR流體阻尼器梁結構的計算結果。中南大學郭文華老師一直致力于車-橋梁耦合系統振動控制研究，在研究調諧質量阻尼器控制車-橋梁耦合振動之后也開始了MR阻尼器用于控制車-橋梁耦合系統振動控制研究。

但是，目前MR阻尼器在車-橋梁耦合系統振動控制研究中還屬于初步理論研究階段，仍是當前研究重點內容。

5 結論與展望

5.1 TMD由于其簡單的原理簡單且不需要能量的輸入，是目前在實際工程中應用最多最廣泛的一種被動控制策略。

5.2 半主動控制策略結合液壓變阻尼器的優點是能量輸入小而得到較大的控制力。該方法是以后一段時間實際工程應當大力采用的一種控制系統。

5.3 智能控制與磁流變阻尼器的研究是目前的一個研究熱點。但目前磁流變阻尼器控制力較小，不能滿足橋梁結構振動時所需要的控制力。所以，目前研制控制力大的磁流變阻尼器是磁流變阻尼器的一個主要研究方向。

參考文獻

[1]S. J. Shelley，K. L. Lee，T. Aksel3，and A. E. Aktan. Active-Control and Forced-Vibration Studies on Highway Bridge. J. Struct. Eng. 121，1306. 1995.

[2]M. Zribi，N. B. Almutairi，M. Abdel-Rohman. Control of Vibrations due to Moving Loads on Suspension Bridges. Nonlinear Analysis： Modelling and Control，2006，Vol. 11，No. 3，293-318.

[3]Yanming Liu，Faramarz Gordaninejad. Comparative Study on Vibration Control of a Scaled Bridge Using Fail-Safe Magneto-Rheological Fluid Dampers Eng. 131，743，2005.

[4]Xiaojie Wang，Faramarz Gordaninejad. Lyapunov-Based Control of a Bridge Using Magneto-Rheological Fluid Dampers. Journal of Intelligent Material Systems and Structures July 2002 vol. 13 no. 7-8 415-419.

[5]Yanming Liu，Faramarz Gordaninejad. Control of bridges using magnetorheological fluid（MRF）dampers and a fiber-reinforced composite-material column . Proc. SPIE 3325，2，1998.

[6]Anat Ruangrassamee，Kazuhiko Kawashima. Experimental Study on Serai-Active Control of Bridges with Use of Magnetorheological Damper. Journal of Structural Engineering vol.47A，March 2001.

[7]楊光，陳祝平.含MR阻尼器的簡支梁振動響應分析[J].福州大學學報（自然科學版），Vo.l35No.6，Dec.2007.

作者簡介：陳柯（1985，10-），男，漢族，籍貫：四川省都江堰市、研究生、研究方向：結構振動控制。