基于半波法的张弦梁结构索力测试的试验及理论研究

摘要

张弦梁结构是近十几年发展起来的一种新型的结构形式，因其具有良好的受力性能，拉索高强度的抗拉性能，优美的造型及制作施工方便等优点在目前的建筑结构中得到了广泛的应用。拉索作为张弦梁结构的重要受力构件，其在役期间的受力状态关系到整个结构的安全及正常的运行，索力测试精度和实用性也直接影响着大跨度张弦梁结构健康监测的应用，因此能够准确的测出拉索在役期间的索力具有重要的现实意义。
　　频率法是目前索力测试的主要方法，对于多撑杆的张弦梁结构而言，由于索段连接条件及环境因素会对测量的精度产生影响。针对多撑杆的张弦梁结构索段约束复杂和索力识别精度等问题，本文采用一种新的索力识别方法—半波法对索力进行识别，半波法是基于频率法的基础上而应用的一种方法，半波法的关键就是对高阶振型的识别，通过高阶进行索力的计算。
　　首先，通过对张弦梁模型的试验研究，证明了半波法在张弦梁下弦拉索中进行索力测试的可行性。在两撑杆的张弦梁缩尺模型的中间跨布置传感器，通过人工激励局部索的振动来测量高阶振型半波长，利用简支单索模型识别整体张弦梁的拉索的索力，对高阶振型的测量可以得到更精确的拉索的索力。通过试验研究结果表明，利用半波法对张弦梁拉索进行索力测试是可行的，当测出4阶及以上振型时，可以得到更精确的索力。
　　其次，根据黄河口模型试验厅现场实际结构建立有限元模型，通过施加应变的方式对拉索施加预应力，取其中一跨进行模态分析，通过高阶振型的半波长及相应频率计算索力。通过有限元分析可以看出，当取高阶振型时，其索力越接近拉索的真实的索力。并且半波法计算索力的原理简单，通过等效单索建立索力分析，也避免了复杂索的建模。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 拉索在工程结构中的应用及特点

1．3 建筑用索的构成

1．4 索发生损伤的原因和分类

1．5 拉索索力测试技术的发展现状

1．6 索力测试的研究现状

1．7 索力测试存在的问题

1．8 本文所研究的内容

2 基于振动原理索力计算的理论

2．1 索的基本动力方程

2．2 单跨索振动理论模型与索力计算方法研究

2．2．1 两端铰接拉索振动方程解析解

2．2．2 两端固定拉索振动方程解析解与索力计算

2．2．3 一端铰接一端固结拉索振动方程解析解

2．3 对影响索力测量精度的若干问题的分析

2．3．1 抗弯刚度的影响

2．3．2 垂度的影响

2．3．3 边界条件的影响

2．3．4 温度的影响

2．3．5 斜度的影响

2．3．6 附加质量的影响

2．3．7 减震措施的影响

2．4 本章小结

3 半波法索力测试理论

3．1 半波法原理及算法

3．2 半波法适用条件及精度分析

3．2．1 对称振型的铰支边界约束索

3．2．2 对称振型的任意边界约束索

3．2．3 半波法索力识别精度分析

3．3 本章小结

4 张弦梁拉索振动的试验研究

4．1 引言

4．2 试验设备及试验方法

4．2．1 试验目的

4．2．2 试验设备

4．3 试验过程及分析

4．3．1 测点的布置

4．3．2 激励方式

4．3．3 钢丝绳的张拉过程

4．3．4 单跨拉索的试验研究

4．3．5 张弦梁结构拉索的实验研究

4．4 本章小结

5 基于有限元分析的索力测试研究

5．1 有限元分析理论

5．1．1 模型建立

5．1．2 拉索预应力的模拟

5．2 实际工程的有限元分析

5．2．1 黄河口模型试验厅

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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