吊杆拱桥杆索张力的振动识别方法与试验研究

发布时间：2017-06-06 23:07

  本文关键词：吊杆拱桥杆索张力的振动识别方法与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：对于拱桥、悬索桥吊杆张力计算大部分都是基于轴力梁振动理论,即同时考虑弯曲刚度和边界条件的影响。振动频率法测索力广泛应用于索结构的施工监控以及健康监测中,也是最简单最经济的方法,在索力测试中具有重要的意义。在该理论领域,已经取得了显著的成果,但大部分拟合公式是以张力分段的,会出现对张力的迭代过程,同时对短吊杆的范围定义、参数识别以及复杂边界条件下的张力识别方法等研究方面仍有一定的缺陷。本文就振动法识别吊杆张力的理论和实际应用得到了如下成果:(1)依据当前国内吊杆相关规范,对国内典型钢管混凝土拱桥的吊杆参数进行了调查。依据调查的吊杆参数和长细比设计不同的吊杆数值模型,研究了经典弦和两端铰支边界条件下吊杆张力解析公式以及两端固支边界条件下吊杆张力拟合公式的适用范围,并给出了短吊杆的初步定义以及三类公式的使用范围,具有较高的工程意义。(2)基于梁振动理论,介绍了一种新推导的两端固支边界条件下吊杆张力的拟合公式,该公式避开了张力的繁琐迭代过程。首先,验证了该拟合公式与数值解的精确度,结果表明该拟合公式与数值解之间的误差可控制在0.2%以内。然后将该拟合公式与其它学者提出的拟合公式进行了对比研究,对比研究结果表明该拟合公式的计算精度高于其它拟合公式,并且无需对张力进行迭代。(3)在模型试验研究过程中,首先采用某个模型试验结果对两参数识别方法的可靠性进行了验证。然后,根据国内吊杆相关规范设计了两根吊杆的室内试验,根据实测的频率、张力等结果对试验吊杆的弯曲刚度进行了识别,吊杆的识别弯曲刚度介于完全粘结弯曲刚度的0.5~1.0倍之间。(4)以贵州花溪大桥为依托工程,对比研究了三种边界条件下吊杆张力计算公式,研究表明吊杆的实际边界条件更接近于两端固支状态,新推导的拟合公式精确度最高,误差基本控制在5%以内,进一步验证了新推导的拟合公式的正确性,满足实际工程中吊杆张力识别的要求。同时对于张力误差较大的吊杆采用模型试验研究的结论,重新选取弯曲刚度计算,得到了误差更小的张力。
【关键词】：吊杆拱桥 张力 振动法 弯曲刚度 参数识别
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446;U448.22
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 拱桥发展历史9-12
• 1.1.1 拱桥的发展简史9-11
• 1.1.2 吊杆拱桥的特点11-12
• 1.2 研究背景和意义12-22
• 1.2.1 吊杆事故与短吊杆行为研究12-16
• 1.2.2 吊杆张力的主要测试方法16-18
• 1.2.3 索力测试推荐方法18-19
• 1.2.4 振动法测吊杆张力研究现状19-22
• 1.3 存在的问题22-23
• 1.4 本文的主要工作23-25
• 第二章 频率法测吊杆张力基本理论25-38
• 2.1 经典弦振动理论25-27
• 2.2 梁振动理论27-29
• 2.2.1 两端铰支28
• 2.2.2 一端固支一端铰支28-29
• 2.2.3 两端固支29
• 2.3 轴力梁振动理论29-31
• 2.3.1 基本假定30
• 2.3.2 吊杆振动基本控制方程的建立30-31
• 2.4 吊杆振动微分方程不同边界下解的讨论31-37
• 2.4.1 两端铰支31-32
• 2.4.2 一端固支一端铰支32-33
• 2.4.3 两端固支33-35
• 2.4.4 新推导的一种拟合公式35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 吊杆张力的振动识别方法计算分析38-58
• 3.1 吊杆拱桥吊杆参数调研38-42
• 3.2 拉索规范的对比介绍42-44
• 3.3 一般边界条件下的吊杆张力近似区间估计44-45
• 3.4 短吊杆定义范围研究45-51
• 3.4.1 短吊杆的初步动力学定义理论研究46-48
• 3.4.2 基于长细比的短吊杆定义范围研究48-51
• 3.5 数值模拟计算51-57
• 3.5.1 模型振动频率提取51-53
• 3.5.2 基于拟合公式的吊杆张力计算53-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第四章 模型试验58-69
• 4.1 试验概况58-59
• 4.1.1 试验吊杆的基本参数58-59
• 4.1.2 试验仪器的选取与参数59
• 4.2 试验采集系统的设计59-60
• 4.3 试验频率的采集和处理60-62
• 4.3.1 试验步骤60-61
• 4.3.2 频率的采集和处理61-62
• 4.4 两参数精细识别方法研究62-67
• 4.4.1 振动方程独立控制参数研究62-64
• 4.4.2 张力与弯曲刚度识别方法研究64-67
• 4.5 单参数精细识别方法研究67-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第五章 依托工程应用69-77
• 5.1 工程概况69-70
• 5.2 吊杆振动频率采集与处理70-73
• 5.3 张力识别结果73-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 结论与展望77-79
• 6.1 结论77-78
• 6.2 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84
• 在学期间发表的论文和参与的项目84

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