前言

符號說明

第1章拉索自由振動理論

1.1索的定義

1.2拉索的靜力分析

1.2.1忽略抗彎剛度時拉索的靜力分析

1.2.2考慮抗彎剛度時拉索的靜力分析

1.3拉索的自由振動分析

1.3.1線性振動理論

1.3.2非線性振動理論

1.3.3拉索頻率計算公式的仿真分析

1.4各種因素對拉索單階模態振動的影響

1.4.1忽略抗彎剛度的定量判定

1.4.2忽略垂度的定量判定

1.4.3忽略幾何非線性的定量判定

1.5模態耦合對拉索振動的影響

1.5.1面內外一階模態耦合振動分析

1.5.2面內前三階模態耦合振動分析

1.6本章小結

參考文獻

第2章不考慮支座振動時索力動力檢測理論

2.1垂度的影響

2.2索的拋物線形狀和抗彎剛度的影響

2.3索力實用計算公式推導

2.4索力識別過程

2.5試驗驗證

2.5.1試驗構件

2.5.2試驗結果

2.5.3試驗結果討論

2.6本章小結

參考文獻

第3章考慮彈性支承影響的索力檢測方法

3.1考慮彈性支承柔性索的動力反應

3.2實用計算公式推導

3.3奇偶階頻率交替的條件

3.4索力和邊界條件的識別

3.5數值分析

3.5.1數值方程的建立

3.5.2算例

3.6本章小結

參考文獻

第4章考慮抗彎剛度和彈性支承影響的索力檢測方法

4.1考慮抗彎剛度和支座振動影響的索的動力反應

4.2實用計算公式推導

4.3奇偶階頻率交替的條件

4.4索力和邊界條件的識別

4.5數值分析

4.6本章小結

參考文獻.

第5章考慮抗彎剛度、彈性嵌固和彈性支承影響的索力檢測方法

5.1索的動力反應

5.2實用計算公式推導

5.2.1反對稱振動

5.2.2對稱振動

5.3索力識別過程

5.4邊界條件的識別

5.5誤差敏感性分析

5.6本章小結

參考文獻

第6章索力的繫統識別方法

6.1不考慮支座振動的繫統參數識別

6.1.1考慮索抗彎剛度的拉索振動理論

6.1.2邊界彈性約束的識別

6.1.3拉索的模態參數識別

6.1.4算法收斂性的證明

6.2考慮支座振動時的繫統參數識別

6.2.1索的模型

6.2.2索力識別

6.3索力識別的近似計算公式

6.3.1索的動力反應

6.3.2索力識別實用計算公式推導

6.3.3索的繫統參數識別

6.4本章小結

參考文獻

第7章索力的序列二次規劃識別方法

7.1索振動理論

7.2SQP法基本原理

7.3優化數學模型

7.4SQP法的適用性

7.5本章小結

參考文獻

第8章索力識別的試驗和數值驗證

8.1試驗驗證

8.1.1試驗模型

8.1.2試驗過程

8.1.3試驗結果

8.1.4試驗結果分析

8.2數值算例驗證

8.3本章小結

參考文獻

第9章拉索風雨激振

9.1拉索風雨激振簡介

9.1.1斜拉橋拉索風雨激振現像

9.1.2斜拉橋拉索風雨激振研究狀況

9.1.3斜拉橋拉索風致振動的控制

9.2拉索人工降雨試驗裝置及試驗工況

9.2.1試驗設備

9.2.2試驗模型及參數

9.2.3試驗工況

9.3拉索風雨激振的特性

9.3.1主要試驗現像

9.3.2風速的影響

9.3.3索傾角的影響

9.3.4拉索風向角的影響

9.3.5拉索空間姿態對上水線位置的影響

9.3.6拉索振動頻率的影響

9.4拉索風雨激振的振動控制

9.4.1拉索風雨激振時氣動阻尼的測量

9.4.2結構阻尼對拉索風雨激振的影響

9.4.3表面纏繞螺旋線對拉索風雨激振的影響

9.5本章小結

參考文獻.

第10章拉索端部橫向約束振動控制理論

10.1拉索的阻尼減振裝置種類與性能

10.1.1引言

10.1.2拉索減振阻尼器

10.1.3半主動控制、主動控制方法

10.1.4小結

10.2附加黏滯性阻尼器拉索的分析原理

10.2.1引言

10.2.2附加阻尼器拉索的振動方程

10.2.3拉索的自由振動

10.2.4拉索的模態阻尼

10.2.5黏滯剪切型阻尼器的斜拉索減振設計

10.3實索試驗驗證

10.3.1試驗儀器布置

10.3.2阻尼器安裝方案

10.3.3試驗結果

10.4本章小結

參考文獻

第11章拉索端部軸向彈性約束振動控制理論

11.1拉索.彈性約束繫統的振動特性

11.1.1拉索.彈性約束繫統振動方程及求解

11.1.2拉索.彈性約束繫統振動特性的仿真分析

11.2彈性約束的優化設計

11.2.1拉索.彈性約束繫統振動方程的無量綱化

11.2.2阻尼參數的經驗公式

11.3本章小結

參考文獻

第12章拉索端部軸向彈性約束振動控制試驗

12.1試驗模型及儀器

12.2無彈性約束的拉索自由振動試驗

12.3彈性約束參數的測定

12.3.1彈性約束彈簧剛度的測定

12.3.2彈性約束阻尼繫數的測定

12.4拉索.彈性約束繫統振動特性試驗

12.4.1彈性可動支座對拉索振動頻率的影響

12.4.2彈性約束減振效果的驗證

12.4.3阻尼繫數和彈簧剛度對減振效果的影響

12.4.4試驗結果與理論研究的對比驗證

12.5本章小結

參考文獻

第13章小垂度拉索振動主動控制理論

13.1考慮支座移動情況下小垂度拉索運動模態方程的建立

13.1.1小垂度拉索運動產生的位移.應變關繫

13.1.2等效模量的概念

13.1.3小垂度拉索運動的分類

13.1.4小垂度拉索運動產生的軸向拉力

13.1.5Lagrange方程的建立

13.1.6小垂度拉索運動的模態方程

13.2狀態空間裡的主動控制模型

13.2.1面外單模態狀態方程的建立

13.2.2面內單模態狀態方程的建立

13.2.3面外多模態狀態方程的建立

13.2.4面內多模態狀態方程的建立

13.3主動單模態控制的數值仿真

13.3.1自由振動情況下

13.3.2簡諧集中荷載作用下

13.3.3隨機荷載作用下

13.4主動多模態控制的數值仿真

13.4.1自由振動情況下

13.4.2簡諧集中荷載作用下

13.4.3隨機荷載作用下

13.5主動多模態控制的參數分析

13.5.1小垂度拉索質量的影響

13.5.2小垂度拉索初始預拉力的影響

13.6本章小結

參考文獻.

第14章剛性拉索振動的主動控制理論

14.1剛性拉索振動的主動控制模型

14.1.1梁的橫向振動方程

14.1.2軸向力對梁橫向振動的影響

14.1.3等效模態方法

14.1.4等效模態方法的應用

14.2狀態空間裡的主動控制模型

14.2.1單模態狀態方程的建立

14.2.2多模態狀態方程的建立

14.3主動單模態控制的數值仿真

14.3.1自由振動情況下

14.3.2簡諧集中荷載作用下

14.3.3隨機荷載作用下

14.4主動多模態控制的數值仿真

14.4.1自由振動情況下

14.4.2簡諧集中荷載作用下

14.4.3隨機荷載作用下

14.5主動D.V.IBang.Bang控制理論及數值仿真

14.5.1主動D.V.IBang.Bang控制理論的提出

14.5.2主動D.V.IBang.Bang控制的數值仿真

14.5.3隨機荷載作用下

14.6主動多模態LQR和主動D.V.IBang.Bang控制效果的比較

14.7本章小結

參考文獻

第15章拉索振動主動控制的試驗研究

15.1動圈式液壓伺服主動控制裝置的研發

15.1.1液壓伺服控制繫統概述

15.1.2液壓伺服控制原理及其特點

15.1.3動圈式液壓伺服作動器

15.1.4液壓動力供應.動圈式液壓伺服液壓站

15.1.5動圈式液壓伺服作動器工作原理

15.1.6動圈式液壓伺服主動控制裝置現場調試試驗

15.2拉索振動主動控制試驗方案

15.2.1模型拉索參數的確定

15.2.2試驗原理及現場布置

15.2.3試驗儀器

15.2.4傳感器的測點布置

15.2.5試驗方法

15.2.6試驗工況

15.3拉索自由振動試驗

15.3.1拉索自由振動試驗結果

15.3.2拉索自由振動試驗結果分析

15.4拉索參數激振試驗

15.4.1拉索參數激振的Simulink實現

15.4.2拉索參數激振的試驗結果

15.4.3拉索參數激振試驗結果分析

15.5拉索振動的主動Bang.Bang控制試驗

15.5.1主動Bang.Bang控制策略的Simulink實現

15.5.2主動Bang.Bang控制試驗結果

15.5.3主動Bang.Bang控制試驗結果分析

15.6本章小結

參考文獻

索是建築和橋梁結構的一個重要構件，廣泛用於大跨度建築結構、建築玻璃幕牆結構，以及拱橋、斜拉橋和懸索橋結構。索的振動和索受力大小對含索結構的受力性能、安全性有重要影響。因此，準確確定索力值和控制索的振動具有重要的學術價值和工程應用價值。

盡管存在多種方法確定索力值，但均有一些局限性。例如：靜力三點彎曲法，可測試索及索力的大小有限，且現場操作不很方便；磁力法現場操作方便，但索力測試結果的準確性還不十分穩定與可靠。而索力的動力檢測方法，既現場操作方便，索力識別精度也較高。

拉索的風雨激振是斜拉橋結構的一個重要問題，涉及橋梁的安全，是目前國際學術研究的前沿。對索的振動進行控制，可減小索本身以及含索結構因索劇烈振動造成的破壞，是有關索振動的重要理論問題。

本書三位作者在同濟大學長期從事建築和橋梁有關振動問題研究，其中也涉及索的振動研究問題。在有關科研項目的資助下，結合研究生的培養，作者對拉索振動、索力振動檢測和拉索振動控制開展了繫統研究，本書即是在自己研究成果的基礎上，結合國內外相關資料，加以總結、整理而成。

本書繫統地介紹了索振動的基本理論——自由振動理論，並基於這一理論，介紹了僅利用索自由振動頻率的測試結果識別索工作拉力的檢測理論。與以前理論相比，本書介紹的理論可考慮拉索彎曲剛度、索端彈性轉動約束以及索端彈性橫向約束的影響，可使索力識別精度得以提高。

本書還介紹了我們對拉索風雨激振的部分研究成果。而關於索的振動控制，則對已在工程中應用的拉索振動端部橫向被動控制理論，以及有潛在應用前景的拉索振動軸向約束被動控制和主動控制理論做了全面介紹，可作為這一索振動理論重要專題的參考資料。

本書共15章，其中第1章為拉索振動基本理論，第2章~第8章為索力振動檢測理論，第9章為拉索風雨激振研究介紹，第10章~第15章為拉索振動控制理論。本書第9章由顧明執筆，第10章由孫利民執筆，其餘各章由李國強執筆。

感謝國家自然科學基金委員會、科技部等給予本書有關研究的支持，感謝朱保兵、魏金波、姜健、張開瑩、杜曉慶、劉彥等研究生對本書有關研究成果做出的貢獻。由於我們水平和知識範圍有限，書中不當之處在所難免，敬請讀者批評指正。

作者

2013年3月於同濟四平路校區