基于振动测试的斜拉桥索力识别研究

论文摘要

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件之一,拉索受力的大小、变化和分布是评估桥梁受力状态的重要依据,因此拉索的索力测试十分重要。目前国内工程实践中主要采用频率法进行索力测试,在准确性方面存有疑议,所以有必要对索力测试方法进行进一步的研究。本文以大跨度斜拉桥为研究背景,采用理论分析和模型试验相结合的研究方法,对基于振动测试的索力识别问题进行了较为深入的研究,主要内容包含以下几个方面:(1)概括介绍了拉索的工程特性,并且通过分析索力测试方法的研究现状,总结了目前在理论和应用方面存在的主要问题。(2)重点分析了频率法测索力的基本原理,详细研究了拉索面内外振动是否耦合、垂度、边界条件等因素对拉索索力与频率关系的影响。(3)引入拉索刚度参数ξ和垂度参数λ~2,通过模型试验对不同拉索的基本特性进行研究,分析了不同种拉索的频率非线性以及拉索垂度对面内振动频率的影响。为了在实际测试中准确获得拉索的频率数据,分别对传感器的布置、激励位置和频率分辨率进行了研究,在此基础上进一步研究了索力与测试频率之间的相互关系。(4)针对不同拉索的特点,根据试验数据分别对当前三种主要的索力计算公式进行研究,分析不同索力计算公式的适用性,并根据索力真实值对索力公式进行进一步的改进。(5)将以上研究成果应用于胜利黄河大桥中,根据动力测试数据识别大桥拉索的索力,为大桥安全评价提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 斜拉桥的发展概况
• 1.2 拉索在工程结构中的特点
• 1.3 索发生损伤的原因及分类
• 1.4 拉索索力测试技术的发展现状
• 1.5 频率法测试索力存在的问题
• 1.6 本文的研究内容
• 2 拉索线性振动理论
• 2.1 拉索线性解析理论的基本假定
• 2.2 索的平衡微分方程
• 2.3 斜拉索面内外振动分析
• 2.3.1 斜拉索面内外振动耦合
• 2.3.2 斜拉索面内外振动不耦合
• 2.4 斜拉索的解析理论
• 2.4.1 基本假定
• 2.4.2 索的振动方程
• 2.5 结论
• 3 斜拉索振动试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验设备与试验方法
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 试验设备选取
• 3.2.3 试验数据采集与处理系统
• 3.2.4 测点布置
• 3.2.5 激励方式
• 3.3 斜拉索模型设计
• 3.4 分项试验内容与分析
• 3.4.1 研究索的垂度对索面内频率的影响
• 3.4.2 索的n阶频率的非线性分析
• 3.4.3 传感器的布置位置对所采集的拉索振动频率信号的影响
• 3.4.4 激励位置对采集振动频率的影响
• 3.4.5 采样频率的影响
• 3.4.6 索力与频率测试
• 3.5 结论
• 4 频率法测索力
• 4.1 引言
• 4.2 索的基本振动方程
• 4.3 索两端铰支
• 4.4 索两端固支
• 4.4.1 任伟新等人的索力公式
• 4.4.2 Zui Hiroshi等人的索力公式
• 4.5 三种索力公式对比
• 4.6 Zui索力公式的改进
• 4.7 结论
• 5 黄河胜利大桥索力现场测试
• 5.1 引言
• 5.2 工程背景
• 5.3 拉索振动测试
• 5.3.1 拉索基频识别仪器介绍
• 5.3.2 拉索频率测试
• 5.3.3 斜拉索实测频率与索力计算
• 5.4 斜拉索有限元分析
• 5.5 结论
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢