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研究生:游維新
研究生(外文):Wei-Hsin Yu
論文名稱:纜索─阻尼器─繫索系統之動力特性研究
論文名稱(外文):Investigation on Dynamic Characteristics of Cable-Damper-Crosstie Systems
指導教授:劉明怡劉明怡引用關係黃仲偉黃仲偉引用關係
指導教授(外文):Ming-Yi LiuChang-Wei Huang
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:土木工程研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:148
中文關鍵詞:線性黏性阻尼器繫索繃緊纜索複數振態分析等效阻尼比
外文關鍵詞:Linear Viscous DamperCrosstieTaut CableComplex Modal AnalysisEquivalent Damping Ratio
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本研究嘗試將線性黏性阻尼器與繫索兩種元件同時應用於繃緊纜索,使用有限元素法探討「纜索─阻尼器─繫索系統」的動力特性,並決定「阻尼器─繫索」之最佳參數。係以自由振動為基礎,利用複數振態分析計算系統單一振態參數,包含自然頻率、阻尼頻率、阻尼比與振動型態,並建立阻尼比、阻尼器阻尼係數和繫索勁度係數的關係曲面,在設定系統阻尼比極大化為目標函數的前提下,可決定系統最佳阻尼比與對應之阻尼器最佳阻尼係數和繫索最佳勁度係數。此外,考慮未裝設阻尼器之纜索,在高斯白噪音激振之條件下,利用經驗模態分解法將系統位移歷時拆解成各個振態位移歷時之本徵模函數,並計算其均方根值,可推估其權重因數;接著,考慮裝設阻尼器之纜索,計算系統各個振態之阻尼比;最後,結合各個振態的權重因數與阻尼比,即可得「單纜索─阻尼器系統」之等效阻尼比建議公式。在設定系統等效阻尼比極大化為目標函數的前提下,可決定將各個振態動力參數組合後,系統等效最佳阻尼比和對應之阻尼器最佳阻尼係數。經由本研究成果可全面地瞭解「纜索─阻尼器─繫索系統」之力學機制,並合理地決定「阻尼器─繫索」之最佳參數。
The objective of this study is to fully understand the dynamic characteristics of taut cables with both attached linear viscous dampers and crossties as well as to accurately determine the optimal parameters of the dampers and crossties. Based on the free vibration theory, the complex modal analysis is adopted to calculate the natural frequency, damped frequency, damping ratio, mode shape, and the surface of damping ratio, damper damping and crosstie stiffness for each mode of the "cable-damper-crosstie system". The mentioned surface can be provided to determine the optimal damping ratio, and the corresponding optimal damper damping and optimal crosstie stiffness for each mode of such system. Furthermore, for the "single cable-damper system" under Gaussian white noise excitations, a formula is proposed to determine the optimal equivalent damping ratio by combing the weight factor and damping ratio for each mode of such system. Compared to the optimal damping ratio for a certain mode, the optimal equivalent damping ratio containing the contributions from a number of dominant modes is a more rational index for reducing cable vibrations.
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 前言 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 纜索─阻尼器系統 2
1.2.2 纜索─繫索系統 4
1.2.3 小結 5
1.3 研究內容 5
第二章 理論模式 6
2.1 單纜索─阻尼器系統 6
2.1.1 複數特徵值問題 6
2.1.2 無衰減振動 9
2.1.3 趨近於臨界阻尼之振動 10
2.1.4 等效阻尼比建議公式 11
2.2 雙纜索─繫索系統 12
第三章 數值算例 15
3.1 單纜索系統 15
3.1.1 單纜索─阻尼器系統 15
3.1.2 單纜索─繫索系統 18
3.1.3 單纜索─阻尼器─繫索系統 19
3.2 雙纜索系統 27
3.2.1 等長雙纜索─繫索系統 27
3.2.2 等長雙纜索─阻尼器─繫索系統 29
3.2.3 非等長雙纜索─繫索系統 33
3.2.4 非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統 35
第四章 結論與建議 41
4.1 結論 41
4.2 建議 43
參考文獻 44

表3.1 「單纜索─阻尼器系統」前八振態之最佳參數( =0.05) 48
表3.2 「單纜索─阻尼器系統」受高斯白噪音激振之節點51均方根反應 49
表3.3 「單纜索─阻尼器系統」受第一振態頻率激振之節點51均方根反應 50
表3.4 「單纜索─阻尼器系統」受第二振態頻率激振之節點51均方根反應 51
表3.5 「單纜索─阻尼器系統」受第三振態頻率激振之節點51均方根反應 52
表3.6 「單纜索─阻尼器系統」受El Centro地震激振之節點51均方根反應 53
表3.7 「單纜索─阻尼器系統」受Kobe地震激振之節點51均方根反應 54
表3.8 「單纜索─阻尼器系統」受Chi-Chi地震激振之節點51均方根反應 55

圖2.1 「單纜索─阻尼器系統」理論模型 56
圖2.2 「無衰減振動」對應之系統第一振態的振動型態 56
圖2.3 「趨近於臨界阻尼之振動」對應之系統第一振態的振動型態 56
圖2.4 等效阻尼比計算流程 57
圖2.5 「雙纜索─繫索系統」理論模型 58
圖2.6 無因次自然頻率與繫索位置之關係曲線( ∞) 58
圖3.1 「單纜索─阻尼器系統」有限元素模型 59
圖3.2 「單纜索─阻尼器系統」前八振態阻尼比與阻尼器阻尼係數之關係曲線( =0.05) 60
圖3.3 「單纜索─阻尼器系統」前八振態之阻尼比與無因次阻尼頻率的關係曲線( =0.05) 61
圖3.4 「單纜索─阻尼器系統」前八振態之振動型態( =0.05; 6.7 kN-s/m) 62
圖3.5 「單纜索─阻尼器系統」第二振態各區域之阻尼比與無因次阻尼頻率的關係曲線 63
圖3.6 「單纜索─阻尼器系統」具等效最佳阻尼比與前八振態最佳阻尼比之前八振態阻尼比 64
圖3.7 高斯白噪音激振歷時 65
圖3.8 「單纜索─阻尼器系統」具等效最佳阻尼比與未裝設阻尼器系統受高斯白噪音激振之節點51反應歷時 66
圖3.9 「單纜索─阻尼器系統」具等效最佳阻尼比與第一振態最佳阻尼比受高斯白噪音激振之節點51反應歷時 67
圖3.10 「單纜索─阻尼器系統」具等效最佳阻尼比與第二振態最佳阻尼比受高斯白噪音激振之節點51反應歷時 68
圖3.11 「單纜索─阻尼器系統」具等效最佳阻尼比與第三振態最佳阻尼比受高斯白噪音激振之節點51反應歷時 69
圖3.12 「單纜索─繫索系統」有限元素模型 70
圖3.13 「單纜索─繫索系統」前八振態無因次自然頻率與繫索位置之關係曲線( 0) 71
圖3.14 「單纜索─繫索系統」前八振態無因次自然頻率與繫索位置之關係曲線( 1,000 kN/m) 71
圖3.15 「單纜索─繫索系統」前八振態之振動型態( 0.5; 1,000 kN/m) 72
圖3.16 「單纜索─阻尼器─繫索系統」有限元素模型 73
圖3.17 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第一振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 74
圖3.18 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第二振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 75
圖3.19 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第三振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 76
圖3.20 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第四振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 77
圖3.21 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第五振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 78
圖3.22 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第六振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 79
圖3.23 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第七振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 80
圖3.24 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第八振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 81
圖3.25 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第一振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 82
圖3.26 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第二振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 83
圖3.27 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第三振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 84
圖3.28 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第四振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 85
圖3.29 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第五振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 86
圖3.30 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第六振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 87
圖3.31 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第七振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 88
圖3.32 「單纜索─阻尼器─繫索系統」第八振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 89
圖3.33 「單纜索─阻尼器─繫索系統」前八振態最佳參數與繫索位置之關係圖 90
圖3.34 「單纜索─阻尼器─繫索系統」前八振態之振動型態( 1,000 kN-s/m; 0.5; 1,000 kN/m) 91
圖3.35 「等長雙纜索─繫索系統」有限元素模型 92
圖3.36 「等長雙纜索─繫索系統」前八振態無因次自然頻率與繫索位置之關係曲線( 0) 93
圖3.37 「等長雙纜索─繫索系統」前八振態無因次自然頻率與繫索位置之關係曲線( 1,000 kN/m) 93
圖3.38 「等長雙纜索─繫索系統」前八振態之振動型態( 0.5; 1,000 kN/m) 94
圖3.39 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」有限元素模型 95
圖3.40 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第一振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 96
圖3.41 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第二振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 97
圖3.42 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第三振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 98
圖3.43 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第四振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 99
圖3.44 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第五振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 100
圖3.45 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第六振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 101
圖3.46 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第七振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 102
圖3.47 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第八振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 103
圖3.48 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第一振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 104
圖3.49 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第二振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 105
圖3.50 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第三振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 106
圖3.51 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第四振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 107
圖3.52 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第五振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 108
圖3.53 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第六振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 109
圖3.54 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第七振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 110
圖3.55 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第八振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 111
圖3.56 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」前八振態最佳參數與繫索位置之關係圖 112
圖3.57 「等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」前八振態之振動型態( 0.5; 1,000 kN-s/m; 1,000 kN/m) 113
圖3.58 「非等長雙纜索─繫索系統」有限元素模型 114
圖3.59 「非等長雙纜索─繫索系統」前八振態無因次自然頻率與繫索位置之關係曲線( 0 ) 115
圖3.60 「非等長雙纜索─繫索系統」前八振態無因次自然頻率與繫索位置之關係曲線( 1,000 kN/m) 115
圖3.61 「非等長雙纜索─繫索系統」前八振態之振動型態( 0.5; 1,000 kN/m) 116
圖3.62 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」有限元素模型 117
圖3.63 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第一振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 118
圖3.64 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第二振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 119
圖3.65 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第三振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 120
圖3.66 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第四振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 121
圖3.67 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第五振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 122
圖3.68 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第六振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 123
圖3.69 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第七振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 124
圖3.70 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第八振態阻尼比、阻尼器阻尼係數與繫索勁度係數之關係曲面 125
圖3.71 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第一振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 126
圖3.72 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第二振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 127
圖3.73 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第三振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 128
圖3.74 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第四振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 129
圖3.75 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第五振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 130
圖3.76 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第六振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 131
圖3.77 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第七振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 132
圖3.78 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」第八振態最佳參數與繫索位置之關係曲線 133
圖3.79 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」前八振態最佳參數與繫索位置之關係圖 134
圖3.80 「非等長雙纜索─阻尼器─繫索系統」前八振態之振動型態( 1,000 kN-s/m; 0.5; 1,000 kN/m) 135
ANSYS. (2009). “ANSYS LS-DYNA user’s guide.” ANSYS, Inc., Canonsburg, Pennsylvania, USA.
Bosch, H.R. and Park, S.W. (2005). “Effectiveness of external dampers and crossties in mitigation of stay cable vibrations.” Proceedings of the Sixth International Symposium on Cable Dynamics, Charleston, SC.
Caetano, E. (2007). “Cable vibrations in cable-stayed bridges.” Structural Engineering Documents 9, IABSE-AIPC-IVBH, Zurich, Switzerland.
Caetano, E., Cunha, A., Gattulli, V., and Lepidi, M. (2008). “Cable-deck dynamic interactions at the International Guadiana Bridge: On-site measurements and finite element modelling.” Structural Control and Health Monitoring, 15(3), 237-264.
Caracoglia, L., and Jones, N.P. (2005). “In-plane dynamic behavior of cable networks. Part 1: formulation and basic solutions.” Journal of Sound and Vibration, 279, 969-991.
Caracoglia, L., and Zuo, D. (2009). “Effectiveness of cable networks of various configurations in suppressing stay-cable vibration.” Engineering Structures, 31(12), 2851-2864.
Ehsan, F. and Scanlan, R.H. (1989). “Damping stay cables with ties.” Proceedings of the Fifth US-Japan bridge workshop, pp.203-217.
Fujino, Y., and Hoang, N. (2008). “Design formulas for damping of a stay cable with a damper.” Journal of Structural Engineering, ASCE, 134(2), 269-278.
Fujino, Y., Kimura, K., and Tanaka, H. (2012). “Wind resistant design of bridges in Japan: Developments and practices.” Springer, Tokyo, Japan.
Gimsing, N.J., and Georgakis, C.T. (2012). “Cable supported bridges: Concept and design.” Third Edition, John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK.
Hoang, N., and Fujino, Y. (2007). “Analytical study on bending effects in a stay cable with a damper.” Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 133(11), 1241-1246.
Hoang, N., and Fujino, Y. (2008). “Combined damping effect of two dampers on a stay cable.” Journal of Bridge Engineering, ASCE, 13(3), 299-303.
Kovács, I. (1982). “Zur Frage der Seilschwingungen und der Seildämpfung.” Die Bautechnik, 59(10), 325-332. (in German).
Krenk, S. (2000). “Vibrations of a taut cable with an external damper.” Journal of Applied Mechanics, ASME, 67(4), 772-776.
Krenk, S., and Nielsen, S.R.K. (2002). “Vibrations of a shallow cable with a viscous damper.” Proceedings of the Royal Society of London Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 458(2018), 339-357.
Krenk, S., and Høgsberg, J.R. (2005). “Damping of cables by a transverse force.” Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 131(4), 340-348.
Kumarasena, S., Jones, N.P., Irwin, P., and Taylor, P. (2007). “Wind-induced vibration of stay cables.” Publication No. FHWA-HRT-05-083, U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration, McLean, Virginia, USA.
Liu, M.Y., Zuo, D., and Jones, N.P. (2013). “Analytical and numerical study of deck-stay interaction in a cable-stayed bridge in the context of field observations.” Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 139(11), 1636-1652.
Main, J.A., and Jones, N.P. (2001). “Evaluation of viscous dampers for stay-cable vibration mitigation.” Journal of Bridge Engineering, ASCE, 6(6), 385-397.
Main, J.A., and Jones, N.P. (2002a). “Free vibrations of taut cable with attached damper. I: Linear viscous damper.” Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 128(10), 1062-1071.
Main, J.A., and Jones, N.P. (2002b). “Free vibrations of taut cable with attached damper. II: Nonlinear damper.” Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 128(10), 1072-1081.
Pacheco, B.M., Fujino, Y., and Sulekh, A. (1993). “Estimation curve for modal damping in stay cables with viscous damper.” Journal of Structural Engineering, ASCE, 119(6), 1961-1979.
Sun, L., Zhou, Y., and Huang, H. (2007). “Experiment and damping evaluation on stay cables connected by cross ties.” Proceedings of the 7th international symposium on cable dynamics, paper ID 50.
Sandanam G.(2015). “Experimental study on vibration mitigation of bridge stay cables using cross-ties and hybrid system.” Degree of Master of Applied Science at the university of Windsor.
Tabatabai, H., and Mehrabi, A.B. (2000). “Design of mechanical viscous dampers for stay cables.” Journal of Bridge Engineering, ASCE, 5(2), 114-123.
Xu, Y.L., Yu, Z., and Ko, J.M. (1998). “Forced vibration studies of sagged cables with oil damper using a hybrid method.” Engineering Structures, 20(8), 692-705.
Xu, Y.L., and Yu, Z. (1998a). “Mitigation of three-dimensional vibration of inclined sag cable using discrete oil dampers-II. Application.” Journal of Sound and Vibration, 214(4), 675-693.
Xu, Y.L., and Yu, Z. (1998b). “Vibration of inclined sag cables with oil dampers in cable-stayed bridges.” Journal of Bridge Engineering, ASCE, 3(4), 194-203.
Xu, Y.L., and Yu, Z. (1999). “Non-linear vibration of cable-damper systems part II: Application and verification.” Journal of Sound and Vibration, 225(3), 465-481.
Xu, Y.L., Zhan, S., Ko, J.M., and Yu, Z. (1999). “Experimental study of vibration mitigation of bridge stay cables.” Journal of Structural Engineering, ASCE, 125(9), 977-986.
Xu, Y.L. (2013). “Wind effects on cable-supported bridges.” John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd, Singapore.
Yamaguchi, H. and Nagahawatta, H.D. (1995). “Damping effects of cable cross ties in cable-stayed bridges.” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 54(55), 35-43.
Yu, Z., and Xu, Y.L. (1998). “Mitigation of three-dimensional vibration of inclined sag cable using discrete oil dampers-I. Formulation.” Journal of Sound and Vibration, 214(4), 659-673.
Yu, Z., and Xu, Y.L. (1999). “Non-linear vibration of cable-damper systems part I: Formulation.” Journal of Sound and Vibration, 225(3), 447-463.
Zuo, D., and Jones, N.P. (2005). “Stay-cable vibration monitoring of the Fred Hartman Bridge (Houston, Texas) and the Veterans Memorial Bridge (Port Arthur, Texas).” Center for Transportation Research, The University of Texas at Austin, Austin, Texas, USA.
Zhou, H., Zhu, Y. and Sun, L. (2013). ”Free vibration of taut cable with damper and parallel spring.” Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 45(6), 957-964.
Zhou, H., Sun, L. and Xing, F. (2014). “Free vibration of taut cable with a damper and a spring.” Structural Control and Health Monitoring, 21(6), 996-1014.
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