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复杂边界条件下拉索索力识别方法研究

岳武  
【摘要】:随着我国经济的发展和桥梁技术的进步,大跨度的缆索承重体系桥梁被广泛建造。这些桥梁不仅可以缓解日益加重的交通量的需要,而且结构美观,深受设计人员的青睐;而桥梁索结构作为一个重要的受力构件,其受力情况直接影响桥梁结构的整体安全性,也是我们评估桥梁健康状态的一个重要指标。现有的对于未安装拉索压力传感器的拉索,大都采用频率法进行索力识别。频率法具有快速简便的特点,在拉索索力识别中得到了广泛应用。传统的索力计算公式是基于简单边界条件下推导的,但是拉索频率测试的结果会受到各类因素的影响;为了能更加精确的识别拉索在复杂边界以及考虑影响因素下的索力,本文基于有限元的方法对这些问题进行了研究。主要的工作内容有:(1)分析总结了国内外目前对于频率识别索力的相关理论和方法。(2)根据拉索的结构特性,结合其线形理论和振动理论推导了复杂边界条件下的索力计算公式,该公式认为,可以根据拉索的实际边界条件确定边界修正系数进行索力的精确识别;分析了拉索在频率测试过程中相关影响因素的影响,从截面构成原理的角度给出了拉索截面刚度的计算方法。(3)结合有限元理论,采用ANSYS有限元软件模拟了拉索结构,通过对铰接边界条件下拉索的振动频率进行对比,验证了拉索索力识别方法的正确性;基于有限元分析了考虑拉索抗弯刚度和垂度影响后拉索频率的变化情况,得出了这两个因素对拉索频率的影响程度。(4)通过对复杂边界条件的计算公式进行推导,建立边界修正系数与相关无量纲参数之间的关系;结合有限元数值计算的结果,采用数据拟合的方法获得了固结边界条件下的边界修正系数;基于对弹性边界的模拟分析,提出了弹性边界条件下的索力计算方法;研究拉索内置减振器对索结构振动的影响,提出了基于二元线性回归的方法估算支撑刚度,进而进行索力识别的方法。(5)结合工程实例,对固结边界以及减振器作用下的拉索进行频谱法识别索力,验证相关公式和方法的准确性。


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