基于频率法的拉索索力监测的应用研究

摘要

频率法因其相对成熟的理论、简单的操作以及较高的精度广泛地应用到索结构的施工控制和健康监测中。频率法测索力的精度主要依靠两方面:一是拉索频率的测试精度，二是索力的分析计算精度。前者主要体现在频率识别上，受现场因素及信号处理方法影响;后者主要与所选取的计算模型有关，受拉索的刚度、垂度及边界条件等因素的影响。对于不同的测试构件，数据采集时采样频率的范围不一，需做相应的调整。在后期的索力分析计算中，一般考虑索的边界条件为固支或铰支，然而实际拉索的边界并不是严格固支或铰支，边界条件的过于简化会带来较大的误差，特别是对于短索，边界条件的影响不容忽视。
　　针对于上述问题，为了提高索力测试的精度，本文以一实际桥梁的拉索索力监测为背景，主要做了一下几个方面的工作:
　　1)对于频率法测索力的原理进行了介绍，总结拉索静力分析理论及动力分析方法，其中动力分析方法包括解析法和有限元法，索力的计算精度与拉索的抗弯刚度、垂度以及边界条件等因数有关，并分析了若干参数对频率法索力测试的影响，为后续的计算分析提供参考和依据。
　　2)阐述了拉索边界弹性约束系数的求解方法，采用有限元建立了考虑弹性支撑边界的拉索模型，以一实际桥梁索力监测为背景，使用数值拟合算法求解出相对精确的索力值。对错频引起的误差进行了分析，结果表明错频会带来很大的索力误差，并就此探讨了确定频率阶次的方法。
　　3)分析了频率测试误差产生的原因及其对索力测试的影响，得出了索力误差与采样频率及采样时间的关系，并结合工程背景阐述了频率测试过程中采样频率的范围。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 索在实际工程中的应用及特点

1．1．2 索力测试的重要意义

1．1．3 拉索索力的测试方法

1．2 频率法测索力的研究成果

1．2．1 频率测试方法研究

1．2．2 索力计算方法研究

1．3 本文的主要研究内容

第二章 频率法测试索力的基础理论

2．1 拉索线性理论综述

2．2 索的静力分析理论

2．2．1 静力作用下拉索初始线形

2．2．2 等效弹性模量

2．2．3 等效刚度法

2．2．4 索的曲线元法

2．3 索的动力分析

2．3．1 拉索振动模型的解析法

2．3．2 拉索振动模型的有限元法

2．4 本章小结

第三章 拉索振动模型若干参数影响分析

3．1 抗弯刚度的影响

3．2 垂度的影响

3．3 边界条件的影响

3．4 斜度的影响

3．5 减震装置的影响

3．6 本章小结

第四章 基于振动测试的索力监测方法研究

4．1 概述

4．2 拉索振动特性分析的有限元法

4．2．1 弹性支撑刚度计算确定

4．2．2 基于有限元的多频率拟合算法及错频误差分析

4．3 背景工程应用

4．3．1 背景工程介绍

4．3．2 背景工程的索力测试分析

4．4 本章小结

第五章 拉索振动频率测试误差及影响分析

5．1 拉索频率测试精度的现场因素

5．2 拉索频率测试精度的信号处理因素

5．2．1 采样与量化

5．2．2 信号调理

5．2．3 频谱分析

5．3 频率测试误差影响分析

5．4 背景工程的频率测试分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录A 作者简介

附录B 本文部分参数表达式