频率法测试拱桥吊杆索力的试验研究

摘要

频率法测试拱桥吊杆索力是一种间接测量法,通过现场实测吊杆自振频率,然后根据频率与索力间的理论公式计算出吊杆索力,多应用于成桥后的吊杆索力检测工作。国内外存在大量理论推导后的索力计算公式,但在实际工程应用中,尤其是短吊杆索力测试,误差较大。
　　本文针对以上情况,以提高拱桥短吊杆索力测试计算公式精确程度为目标,开展吊杆频率测试与索力计算的室内相似试验研究,基于梁振动理论铰接边界条件的解析解,提出了适用于实桥短吊杆索力测试的经验公式,并通过既有拱桥短吊杆索力测试对其精确程度进行了实际工程的验证。本文主要研究内容及成果如下:
　　(1)频率法计算吊杆索力基本原理综述。在分析了弦模型和梁模型解析解的基础上,认为实际工程拱桥短吊杆索力计算应采用考虑刚度影响的梁模型,但吊杆两端的锚固边界条件是介于铰接和刚接之间。
　　(2)拱桥吊杆振动特性数值分析。通过2组共14个Ansys模型的数值分析,分别研究了吊杆长细比、两端边界条件对吊杆自振频率的影响。结果表明,吊杆长细比越小,两端边界条件对吊杆自振频率的影响越大,索力计算结果误差也更大。
　　(3)吊杆索力测试室内试验装置开发。基于实际工程调研,设计了一套频率法测试吊杆索力的室内试验装置,实现了装置频率与拱桥频率接近,满足了试验吊杆与拱桥吊杆长细比一致,室内试验条件符合实际工程要求。
　　(4)频率法测试吊杆索力室内试验。开展了三根不同长度拱桥吊杆的振动试验研究,提出基于梁振动理论的吊杆索力计算经验公式,并对比了三组文献索力计算公式的精确程度。结果表明,当吊杆长细比接近102至167之间时,本文提出的索力计算公式和经典梁理论公式相比,计算结果更接近实际值。同时,基于室内试验实测数据计算结果,提出不同索力计算公式的适用范围。
　　(5)频率法测试吊杆索力工程验证。以奉化徐家渡大桥为工程实例,通过桥上七根吊杆的振动试验,研究了本文公式与文献三组索力计算公式的精确程度。结果表明,当吊杆长细比接近123至150之间时,本文提出的索力计算公式精确度更高。同时,工程验证结果与室内试验结果一致,表明本文提出的室内试验研究方法和修正索力计算公式具有一定工程应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 频率法测试吊杆索力国内外研究现状

1．2．1 频率法测试吊杆索力国内研究现状

1．2．2 频率法测试吊杆索力国外研究现状

1．3 对吊杆索力测试的思考

1．4 本文主要研究内容

1．5 本文技术路线

第二章 拱桥吊杆索力计算的基本原理与方法

2．1 吊杆常用测试方法

2．2 频率法计算索力基本原理

2．2．1 弦模型

2．2．2 梁模型

2．3 吊杆索力计算公式

2．4 本章小结

第三章 频率法测试拱桥吊杆索力的室内试验方案研究

3．1 拱桥吊杆自振频率数值分析

3．1．1 考虑边界条件的吊杆自振频率数值分析

3．1．2 拱桥自振频率数值分析

3．2 拱桥吊杆室内试验装置设计及安装

3．2．1 室内试验装置设计思路

3．2．2 室内试验装置组成安装

3．3 本章小结

第四章 频率法测试拱桥吊杆索力的室内试验研究

4．1 室内试验目的

4．2．1 基本器材组成

4．2．2 试验工况设计

4．2．3 试验加速度传感器布置

4．2．4 试验测试步骤

4．3 室内试验结果分析

4．3．1 试验实测值及分析

4．3．2 修正的吊杆索力计算公式

4．3．3 试验吊杆索力计算结果

4．3．4 索力计算公式误差对比

4．4 本章小结

第五章 频率法测试拱桥吊杆索力的工程验证

5．1 工程概况

5．2 吊杆索力测试步骤

5．2．1 索力测试设备组成

5．2．2 索力测试程序

5．3 吊杆索力实测数据

5．3．1 拱桥吊杆基本参数

5．3．2 光纤传感器数据

5．3．3 加速度传感器数据

5．4 测试结果分析

5．4．1 实测数据值分析

5．4．2 拱桥吊杆索力计算结果

5．4．3 索力计算公式误差对比

5．5 本章小结

6．1 本文主要研究成果

6．2 本文主要创新点

6．3 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果