带双支撑索结构张力测试研究

摘要

既有索结构体系，如斜拉桥拉索、拱桥系杆、预应力体外束，由于设置有阻尼器或多中间支撑等复杂边界条件，难以应用传统的弦振动理论进行张力测试。针对国内既有斜拉索在塔梁两端一般均设有阻尼器的情形，本文对带双中间支撑索结构张力识别进行了相关研究。主要内容如下:
　　 (1)运用解析法（不考虑抗弯刚度），对两种带双阻尼器拉索振动模型进行频率方程的构建，给出了两种频率方程的求解方法（近似法、迭代法），得到拉索频率特征值的无量纲形式及索力的显示表达式。
　　 (2)对粘滞型阻尼器、HDR剪切型阻尼器和HDR压缩型阻尼器进行了模型化，运用解析法分别研究了其阻尼器参数、支撑刚度、阻尼器位置对拉索振动特性的影响，并对近似解的误差进行了分析及规律的总结。
　　 (3)动力刚度矩阵法，从有限单元法的理论出发，拉索被中间支撑分为单个单元，单元之间在支撑位置进行连接。对于固结索、铰接索的总体刚度矩阵的获得，也是基于中间支撑位置两侧的单元刚度矩阵的贡献，根据变形协调关系进行组装。
　　 (4)针对5种常见的拉索振动模型采用动力刚度矩阵法进行了频率方程的构建，并采用PSO粒子群算法及迭代法进行频率方程的求解。动力刚度矩阵法对于抗弯刚度、边界条件、支撑情况这3个因素能够比较全面地考虑。
　　 (5)结合ANSYS及经典文献对两种方法的精度进行了分析和探讨，并以八里湖大桥和海印大桥的动力测试实验为实例分析，采用测试结果对以上两种方法进行验证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 振动频率法测试精度的影响

1．2．2 提高振动频率法测试精度的研究

1．3 本文研究内容

1．3．1 研究思路及方法

1．3．2 研究流程

第2章 解析法

2．1 带阻尼器拉索频率特征值分析

2．1．1 振动模型及基本假定

2．1．2 频率方程

2．2 阻尼器模型化

2．2．1 HDR型剪切阻尼器模型化

2．2．2 HDR型压缩阻尼器模型化

2．2．3 几种常见的双阻尼器拉索模型

2．3 带(HDR剪切型+粘滞型)双阻尼器拉索频率方程近似解

2．3．1 近似解表达式

2．3．2 迭代解表达式

2．4 阻尼器参数对频率的影响

2．4．2 考虑阻尼器影响的索力显示表达式

2．5 带双压缩型阻尼器拉索频率方程近似求解

2．5．1 近似解表达式

2．5．2 迭代解表达式

2．5．3 阻尼器参数对频率的影响

2．5．4 带两个中间弹性支撑的索力显示表达式

2．6 结合ANSYS分析索力计算精度

2．7 本章小结

第3章 动力刚度矩阵法

3．1 动力刚度矩阵法理论概述

3．2 动力刚度矩阵法在拉索特征值分析中的运用

3．2．1 单元刚度矩阵

3．2．2 无支撑铰结索频率特征方程

3．2．3 无支撑固结索频率特征方程

3．2．4 带一个中间支撑铰结索频率特征方程

3．2．5 带一个中间支撑固结索频率特征方程

3．2．6 带两个中间支撑固结索频率特征方程

3．3 频率特征根方程求解

3．3．1 单阻尼器铰接索数值迭代算法

3．3．2 单阻尼器固结索数值迭代算法

3．3．3 采用PSO粒子群高级算法

3．4 结合有限元进行精度分析

3．4．1 无支撑固结索有限元精度分析

3．4．2 带一个中间支撑索精度分析

3．4．3 带两个中间支撑固结索有限元精度分析

3．5 本章小结

第4章 实例分析

4．1 实例分析理论和基础

4．2 海印大桥和八里湖大桥实桥索力测试

4．2．1 海印大桥斜拉索频率测试

4．2．2 八里湖大桥斜拉索频率测试

4．3 两种方法分析结果及对比

4．3．1 海印大桥斜拉索索力计算

4．3．2 八里湖桥斜拉索阻尼器的支撑刚度识别

4．3．3 八里湖大桥斜拉索索力计算

4．4 索力计算结果分析

4．4．1 海印大桥索力分析

4．4．2 八里湖大桥索力分析

4．5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 海印大桥动力测试信号图

附录B 八里湖大桥部分动力测试信号图

附录C 解析法ANSYS命令流

附录D PSO粒子群工具箱调用程序

D．1．1 PSO粒子群算法工具箱matlab主程序

D．1．2 两端固结带2个阻尼器拉索刚度矩阵matlab子程序

附录E 动力刚度矩阵法迭代程序

E．1．1 单个阻尼器铰接索迭代程序

E．1．2 单个阻尼器固结索迭代程序