斜拉桥拉索振动频率研究理论与实测

摘要

斜拉索作为斜拉桥的主要承载构件，由于其具有阻尼低、质量低和全面柔性等基本特点，当桥面振动频率与拉索的固有频率的比值接近一定范围时，桥面小幅振动将引起拉索大幅度的振动，给桥梁结构带来不利影响;拉索的索力值是斜拉桥施工监控和长期健康监测的重要指标，通常通过测试拉索振动频率来获得索力值，因此准确分析斜拉索的振动频率是斜拉桥设计和运营的重要工作之一。本文以此为背景研究大跨度斜拉桥中拉索的振动机理，并对考虑塔/梁运动下的拉索振动频率和索力测试进行了详细的理论分析和实验测试，主要工作如下:
　　1.在广泛查阅国内外文献的基础上，对于斜拉桥中拉索、梁及索-梁组合结构的动力学及其振动频率研究进行了综述，并着重突出了拉索的振动频率问题。
　　2.建立了不考虑塔/梁运动下的拉索振动力学模型，基于动平衡法推导出面内面外控制方程，在此基础上利用分离变量法和边界条件得到单索的振动频率和振型，通过数值分析，讨论了垂跨比、倾斜角对拉索振动频率的影响。
　　3.基于Hamilton原理，利用动静法精细分析了索-梁的连接条件和边界条件，建立了索-梁组合结构三维面内外运动方程，通过方程约化得到二维控制方程，在此基础上推导出索-梁组合结构的振动频率和振型，然后分析了参数刚度比、垂度比和倾斜角对振动频率的影响。
　　4.以永鑫大桥为工程背景，利用通用有限元软件ANSYS对其进行动力分析，通过改变模型中的拉索单元划分情况，以研究斜拉索的振动特性并得到一部分拉索的频率值。
　　5.对永鑫大桥斜拉索进行现场实测和全桥自振频率测试，得到斜拉索振动频率和拉索的索力测试值，并与有限元模型得到的理论频率值和索力值进行对比分析，从而对上述的理论分析进行实验验证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及其意义

1．2 索力测试的主要方法

1．3 国内外研究现状

1．3．1 拉索索力与固有频率关系的研究

1．3．2 斜拉索振动机理研究

1．3．3 斜拉梁的研究进展

1．4 本文的研究内容

第2章 斜拉索的固有频率和固有振型

2．1 引言

2．2 斜拉索的静力方程

2．3 斜拉索的自由振动

2．4 特征值分析

2．4．1 面外振动模态

2．4．2 平内振动模态

2．4．3 对比Irvine频率方程

2．5 数值算例结果与分析

2．6 本章小结

第3章 索-梁结构中拉索的固有频率和固有振型

3．1 引言

3．2 索-梁组合结构振动分析

3．2．1 基本模型

3．2．2 运动平衡方程

3．2．3 连续条件表示

3．2．4 静力构型

3．2．5 方程约化及无量纲化

3．3 特征值分析

3．3．1 面内振动模态

3．3．2 面外振动模态

3．4 数值算例结果与分析

3．5 本章小结

第4章 斜拉索频率的有限元分析

4．1 引言

4．2 来宾永鑫大桥工程概况

4．2．1 来宾永鑫大桥主要设计技术指标

4．2．2 来宾永鑫大桥结构设计特点

4．3 来宾永鑫大桥空间有限元模型

4．4 来宾永鑫大桥自振特性计算求解与结果分析

4．5 本章小结

第5章 来宾永鑫大桥测试实验

5．1 引言

5．2 动载实验概述

5．3 跑车实验

5．3．1 概述

5．3．2 测点布置及测试方法

5．3．3 冲击系数测试结果

5．4 脉动试验

5．4．1 概述

5．4．2 测点布置和测试方法

5．4．3 脉动特性测试结果

5．5 索力测试

5．5．1 测试仪器及测试原理

5．5．2 测试结果

5．6 本章小结

结论

展望

参考文献

致谢