复杂边界条件下的桥梁索结构张力测试

摘要

由于索结构边界条件的复杂性以及参数的不确定性，在很多情况下基于经典弦振动理论的张力测试方法无法满足测试的精度要求。因此对具有复杂边界的索结构的张力测试问题必须进行进一步的深入研究，综合考虑拉索抗弯刚度、垂度得出更高精度的张力计算公式。
　　本文以两端带减振器的斜拉索和中间具多支撑的系杆为研究对象，对其张力测试问题进行了进一步的研究，并对索结构参数的不确定性问题提出了解决方法：
　　(1)通过引入振型这一信息，将原本复杂的多支撑系杆转化为两振动驻点之间的等效单跨索结构来进行张力测试，并通过模态置信准则确定了等效边界条件。讨论了索结构的各无量纲参数对等效模型的影响，提出了张力的拟合解，方便工程实际应用。并进行了理论误差分析和仿真分析。
　　(2)利用能量法推导了两端带减振器的铰结斜拉索的张力显式表达式，讨论了该公式适用的阶次和支撑刚度范围，并进一步分析了边界条件和垂度效应对张力计算的影响。最后结合有限元仿真分析，验证了能量法计算公式的精度。
　　(3)针对拉索参数不确定性的问题，提出基于频率拟合的参数识别法，其识别过程采用了带变异因子的PS0粒子群智能算法。讨论了参数解空间的确定方法，并对基于有限元模型的有模型法和基于频率显示表达的无模型法进行了对比验。
　　(4)利用基于能量法表达式的无模型参数识别，对海印大桥拉索进行了实例分析。结果验证了能量法表达式对两端带减振器拉索的适用性以及频率拟合参数识别法的高效性。

目录

文摘

英文文摘

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 振动频率法计算精度的影响因素

1.2.2 研究现状

1.3 主要研究内容

1.3.1 基于局部振型的多支撑系杆张力测试技术

1.3.2 基于能量法的带减振器拉索的张力计算公式

1.3.3 基于频率拟合法的拉索参数识别：

第2章 基于局部振型的多支撑系杆张力测试

2.1 概述

2.2 两端带转动约束拉索的振动情况

2.2.1 频率方程和振型函数

2.2.2 两端转动约束刚度一致的情况

2.2.3 一端铰接，一端设有转动约束的情况

2.2.4 无量纲参数的物理含义

2.3 局部振型法基本原理

2.3.1 局部振型法的原理介绍

2.3.2 局部振型法流程

2.4 局部索等效模型的建立以及等效边界的确定

2.4.1 等效模型1

2.4.2 等效模型2

2.5 误差分析

2.5.1 等效模型1的精度分析

2.5.2 等效模型2的精度分析

2.6 ANSYS仿真分析

2.7 本章小结

第3章 基于能量法的两端带减振器拉索张力测试

3.1 考虑减振器影响的张力公式推导

3.1.1 位移函数的确定

3.1.2 能量法张力求解

3.1.3 支撑刚度Kd、阶次n的适用范围

3.2 考虑边界铰固耦合的张力计算公式

3.2.1 两端固结的情况

3.3 考虑垂度的影响

3.4 ANSYS仿真分析

3.5 本章小结

第4章 基于频率拟合法的拉索参数识别

4.1 频率拟合法的基本原理

4.1.1 PSO粒子群算法

4.1.2 带变异算子的PSO粒子群算法的改进

4.2 基于有限元模型的参数识别

4.2.1 参数识别范围的确定

4.2.2 识别算法的基本阶段

4.3 无模型的参数识别

4.4 本章小结

第5章 海印大桥实例分析

5.1 海印大桥频率测试

5.2 参数识别结果

5.3 本章小结

结论

参考文献

致 谢

附录A 局部振型法ANSYS仿真命令流

附录B PSO参数识别MATLAB命令流

C.1.1 PSO主程序

C．1.2 粒子群初始化子程序InitSwarm．m

C．1.3 粒子群更新子程序BaseStepPso．m

C．1.4 变异因子子程序ReInit．m