大跨斜拉悬索混合管桥拉索健康状况监测与分析研究

摘要

本文以长江跨越斜拉悬索混合天然气管桥为工程背景，在其有限元模型分析的基础上，结合实测数据对管桥以及拉索进行了分析研究，从而为该管桥的长期监测提供分析数据和理论依据。 主要研究内容如下： 1．根据设计图纸利用有限元计算软件ANSYS建立该管桥完整的初始空间有限元模型； 2．将斜拉索的初始索力加到初始有限元模型上，用现场实测结果调整桥面线形获得该桥的初始平衡构型，使模型能较好地反映实桥的真实状况； 3．讨论了管桥几何非线性对初始平衡构型的影响。结果表明：大变形效应对恒载下构件的内力和桥面系变形影响很小，线性的静力分析足以满足要求。然而，由于拉索初拉力的存在，管桥的静力分析自始至终都是几何非线性分析； 4．考虑了恒载效应对模态分析的影响，即从初始平衡构型进行模态分析，是带有“初应力”的模态分析，结果表明恒载对频率的数值影响不大； 5．对管桥结构中易发生的拉索损伤的原因和特点作了简要分析，对拉索不同的损伤位置和同一位置处不同的损伤程度进行了数值模拟，分析了拉索损伤对管桥结构的影响； 6．通过现场实测数据的分析，对管桥的现有安全状况做出初步评价； 7．利用ANSYS有限元分析软件分析环境因素对拉索自振频率的影响。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1管道跨越结构概述

1.2结构健康监测及诊断的基本概念

1.2.1健康监测及诊断的相关基本概念

1.2.2现代健康诊断系统及组成

1.3管道跨越结构安全监测的目的与意义

1.4跨越结构健康监测及诊断的研究状况

1.5课题研究背景

1.6本文主要研究内容

第二章大跨度斜拉悬索混合管桥有限元建模

2.1工程简介

2.2有限元所采用单元简介

2.2.1 PIPE16-弹性直线管单元

2.2.2 BEAM188-三维线性有限应变梁单元

2.2.3 LINK10-三维杆单元

2.3有限元模型建立

2.4管桥初始平衡构型的确定

2.4.1桥索索力调整过程

2.4.2桥面线形比较

2.4.3桥索索力比较

2.5管桥的几何非线性及在ANSYS中的实现

2.6具有“初应力”的模态分析

2.7本章小结

第三章拉索损伤条件下斜拉悬索混合管桥结构分析

3.1拉索的损伤原因分析

3.1.1长期积累损伤

3.1.1自然灾害损伤

3.2拉索损伤的表征

3.3不同拉索损伤程度下全桥结构静力分析

3.3拉索损伤对斜拉悬索混合管桥自振频率的影响

3.4本章小结

第四章斜拉悬索混合管桥实测数据分析

4.1振动法索力测试简介

4.2安全监测系统简介

4.3传感器布置

4.3实测数据分析

4.4现象归纳与安全分析

第五章环境因素对拉索自振频率识别的影响

5.1温度对拉索自振频率识别的影响

5.2风对拉索自振频率识别的影响

5.2.1拉索风振有限元计算模型

5.2.2拉索模态分析与自由振动下自振频率的识别

5.2.3脉动风对拉索自振频率识别的影响

5.2.4涡激振动对拉索自振频率识别的影响

5.2.5分析总结

5.3桥面运动对自振频率识别的影响

5.3.1桥面横向振动对拉索自振频率识别的影响

5.3.2桥面竖振动对拉索自振频率识别的影响

5.5本章小结

第六章全文总结与展望

6.1全文工作总结

6.2有待研究的问题与展望

参考文献

致谢