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標準Rayleigh衰減的設置方法

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在道路橋樑中,Rayleigh型黏性衰減模型經常被用於直接積分法的動態分析。Rayleigh衰減是由特定週期和模式衰減常數決定的,該週期和模式衰減常數是關於在目標橋樑的振動方面表現出色的兩種獨特振動模式。

首先進行特性值分析,求出結果得到的各模式的特性週期和各模式的模式衰減常數。接下來,選擇兩種模式。這時,要儘量選擇出色的模式。可以藉由刺激係數或有效品質比的大小來判斷其是否出色。但是,根據選擇方法的不同,有時會出現負衰減的情況(具體來說,Rayleigh衰減的係數α、β為負),因此需要選擇模式,使其不會變為負衰減。

這裡我們將介紹如何選擇標準模式。

作為範例,將對象橋樑設為跨度5連續鋼I桁(橋長200m)的橋軸方向,支撐條件設為全基彈性支撐。(圖1)


圖1 對象橋樑

特性值分析結果

特性值分析的結果如下表。透過整體X軸方向的有效質量比來判斷出色模式時是1次和8次(表中黃色部分)。



模式形狀

確認1次和8次的模式形狀。關鍵是要確保整個橋樑都在震動,而不是局部的振動模式。

1次模式如圖2所示。隨著上層結構的搖晃,各下層結構也會朝著相同的方向搖晃。


圖2 1次模式圖

8次模式如圖3所示。上層構造幾乎沒有晃動,但是可以看到每個橋墩都在晃動。


圖3 8次模式圖

另外,圖4為具有第三大有效質量比的22次模式圖。只有端部的下層結構(橋台)在搖晃。因為有效質量比比較大,所以可以採用,但是從整體的搖晃的角度來看,這裡採用8次模式。


圖4 22次模式圖

Raleigh衰減設置

根據1次和8次的模式,計算出Rayleigh衰減的係數為α= 0.25207和β= 0.00905。這個係數的Rayleigh衰減曲線如圖5所示。


圖5 Rayleigh衰減曲線

總結

標準的Rayleigh衰減設置方法總結為以下三點:[1]選擇有效質量比大的模式;[2]選擇整個橋搖晃的模式;[3]注意不要使α和β為負。



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