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索力测试频率法的研究及其工程应用

李庭波  
【摘要】: 索力测试频率法广泛应用于索结构的施工控制和健康监测中。国内外学者迄今在这方面做了大量的研究工作。由于索结构在实际工程应用中的多样性和复杂性,频率法的研究明显滞后于工程实践。因此,对其进一步研究显得非常重要和紧迫。 目前,索力测试频率法的研究大多忽略了拉索锚头部分抗弯刚度及其单位长度质量与柔性索段的差异,这对于长索索力测试是能够满足工程精度要求的,但若用于短索索力测试,则会引起较大的误差甚至错误。此外,减振架会对拉索的自振频率造成较大影响,常用的频率法计算公式忽略了此项影响,用其计算带减振架的拉索索力,精度较低,难以满足工程应用。 本文以佛山平胜大桥自锚式悬索桥的吊索索力测试为背景,对索力测试频率法进行了研究,主要工作如下: (1)对忽略抗弯刚度拉索的频率特性进行了分析,并推导了其频率方程。 (2)建立了均匀拉索的振动微分方程,并进行了求解;分析了索的抗弯刚度、附加质量、斜度、垂度对索力测试结果的影响。 (3)考虑了拉索锚头部分的抗弯刚度及其单位长度质量与柔性索段的差异,建立了三段均匀拉索的振动模型,运用Hamilton原理推导了其频率方程。为便于计算,将该模型简化为轴向受拉的两端弹性简支梁的振动模型,推导了基于此模型的频率方程,并给出了迭代算法。 (4)将带减振架的均匀长索简化为弹性支承的两跨连续长索,利用奇异函数和Laplace变换,推导并求解了其频率方程。 (5)将本文提出的索力测试频率法用于平胜大桥自锚式悬索桥吊索索力测试,并与相应的索力理论值进行对比,结果表明本文提出的索力测试方法具有较高的精度,值得在工程实践中推广应用。


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