短索张力和弯曲刚度的识别方法研究

论文摘要

在斜拉桥和拱桥中,拉索受力状况是评估桥梁健康状态的重要依据,准确地了解拉索的索力是确保桥梁结构使用安全和延长其使用寿命的前提。本文以短索为对象,考虑弯曲刚度和边界条件的影响,对振动法测试技术进行研究,提高索力测试精度。本文首先总结和比较了目前常用的几种索力测试方法,并概述了振动频率法测试索力的研究现状及存在的问题。然后阐述了拉索自由振动的基本方程及其解,同时给出了采用有限元数值方法计算拉索自由振动的基本原理以及单元振动方程,并通过数值计算讨论弯曲刚度以及边界约束条件对索力测试精度的影响。最后从工程实践出发,以桐庐富春江二桥和杭州康桥路跨运河桥的索力测试为背景,分别对短吊杆和短拉索的张力识别提出了相应的测试方法。对中、下承式拱桥的短吊杆张力测试问题,利用质量对短索自振频率的敏感性,提出了附加质量法,即除了测试吊杆正常使用状态下的自振频率外,同时测试在某个截面捆绑小质量块时的自振频率。通过增加识别条件,得到计算张力和弯曲刚度的两个联立超越方程,并应用神经网络算法或遗传算法解决吊杆自振频率与张力、刚度之间的非线性关系。本文从数值模拟和基于实际工程张拉状态时的实测分析验证了方法的有效性及可行性,并应用于桐庐富春江二桥的成桥索力测试。对部分斜拉桥的短拉索索力测试问题,以杭州康桥路跨运河桥为背景,提出了边界约束固定的方法,确定了钢绞线的有效计算长度及边界条件,使不确定量变为已知量。通过实测分析验证,方法具有较高的精度,可以解决斜拉索中部分索股张力抽查的实际需要。最后将方法应用于该桥的成桥索力测试,为桥梁的安全管理提供依据。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 常用的索力测试方法
• 1.3 振动频率法的研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 存在的问题
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 短索的自由振动计算理论
• 2.1 概述
• 2.2 拉索自由振动方程及其解
• 2.2.1 基本方程
• 2.2.2 自由振动方程的基本解
• 2.2.3 特殊边界条件下索的频率方程
• 2.3 拉索自由振动计算的数值方法
• 2.3.1 单元振动方程
• 2.3.2 特征值计算
• 2.4 弯曲刚度和边界条件对索力测试的影响
• 2.4.1 弯曲刚度的影响
• 2.4.2 边界条件的影响
• 2.5 小结
• 第三章 拱桥短吊杆张力的识别方法
• 3.1 概述
• 3.2 附加质量法（AMM）
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 附加质量对吊杆自振频率的敏感性分析
• 3.3 基于神经网络的识别方法
• 3.3.1 基本理论
• 3.3.2 应用神经网络识别吊杆张力与弯曲刚度
• 3.3.3 数值模拟
• 3.3.4 实测验证
• 3.3.5 小结
• 3.4 基于遗传算法的识别方法
• 3.4.1 遗传算法的基本理论
• 3.4.2 识别的计算方法
• 3.4.3 数值模拟
• 3.4.4 实测验证
• 3.4.5 小结
• 3.5 应用
• 3.5.1 工程概况
• 3.5.2 成桥索力
• 3.6 小结
• 第四章 部分斜拉桥拉索索力的识别方法
• 4.1 概述
• 4.2 部分斜拉桥的结构特性以及工程背景
• 4.3 索力测试方法的研究
• 4.3.1 索力测试存在的问题
• 4.3.2 边界固定法
• 4.4 索力测试方法的实现及验证
• 4.4.1 传感器标定
• 4.4.2 现场实测验证
• 4.5 应用
• 4.6 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简介