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标准Rayleigh衰减的设置方法

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在道路桥梁中,Rayleigh型粘性衰减模型经常被用于直接积分法的动态分析。Rayleigh衰减是由特定周期和模式衰减常数决定的,该周期和模式衰减常数是关于在目标桥梁的振动方面表现出色的两种独特振动模式。

首先进行特性值分析,求出结果得到的各模式的特性周期和各模式的模式衰减常数。接下来,选择两种模式。这时,要尽量选择出色的模式。刺激系数或有效质量比是否大,可以判断其是否出色。但是,根据选择方法的不同,有时会出现负衰减的情况(具体来说,Rayleigh衰减的系数α、β为负),因此需要选择模式,使其不会变为负衰减。

这里我们将介绍如何选择标准模式。

作为示例,将对象桥梁设为跨度5连续钢I桁(桥长200m)的桥轴方向,支撑条件为全基弹性支撑。(图1)


图1 对象桥梁

特性值分析结果

特性值分析的结果在下表中示出。通过整体X轴方向的有效质量比来判断出色模式是1次和8次(表中黄色部分)。



模式形状

确认1次和8次的模式形状。关键是要确保整个桥梁都在震动,而不是局部的振动模式。

1次模式如图2所示。随着上层结构的摇晃,各下层结构也会朝着相同的方向摇晃。


图2 1次模式图

8次模式如图3所示。上层构造几乎没有晃动,但是可以看到每个桥墩都在晃动。


图3 8次模式图

另外,图4显示了具有第三大有效质量比的22次模式图。只有端部的下层结构(桥座)在摇晃。因为有效质量比比较大,所以可以采用,但是从整体的摇晃的角度来看,这里采用8次模式。


图4 22次模式图

Raleigh衰减设置

根据1次和8次的模式,计算出Rayleigh衰减的系数为α= 0.25207和β= 0.00905。这个系数的Rayleigh衰减曲线如图5所示。


图5 Rayleigh衰减曲线

总结

标准的Rayleigh衰减设置方法总结如下三点:[1]选择有效质量比大的模式;[2]选择整个桥摇晃的模式;[3]注意不要使α和β为负。



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