频率法在钢管混凝土吊杆拱桥索力测试中的研究与应用

摘要

频率法被广泛应用于索结构的施工控制和健康监测中，伴随着钢管混凝土吊杆拱桥的大量出现也开始慢慢用于吊杆索力测试。由于钢管混凝土拱桥吊杆吊杆索在实际工程应用中的复杂性，对于频率法测钢管混凝土吊杆拱桥吊杆索力的研究明显滞后于工程实践。频率法在测试钢管混凝土吊杆拱桥等短吊杆索力时精度不是很高，因此需对其进一步研究。本文从提高频率法测试钢管混凝土吊杆拱桥索力精度的问题出发，建立了吊杆索力测试的计算模型并完善了各种计算模型的计算公式。本文抓住了吊杆和柔性索的本质区别，在建立计算模型和优化计算公式时考虑了吊杆的抗弯刚度和吊杆刚性锚头对索力测试精度的影响。通过引入吊杆长度修正系数和采用汉宁窗分析处理测试信号，使频率法测试吊杆索力的精度有了进一步的提高。将所得的计算模型和计算公式应用到福建永安北大桥吊杆索力测试分析中并对计算结果进行分析比较，发现对于钢管混凝土吊杆拱桥索力测试模型当采用两端固接计算模型比较符合工程实际情况。在两端固接计算模型下考虑吊杆长度修正后得到的测试值的误差在7％以内，对于钢管混凝土吊杆拱桥而言已经能够满足工程实践的需要。

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致谢

第1章绪论

1.1钢管混凝土拱桥吊杆索力测试的意义

1.2吊杆索力的测试方法及研究现状

1.2.1吊杆索力测试方法

1.2.2频率法测试索力的研究现状

1.3本文的工程背景、研究内容及创新点

1.3.1本文的工程背景

1.3.2本文研究内容及创新点

第2章频率法测索力的基本理论简介

2.1索的线性振动理论综述

2.1.1索线性理论的发展

2.1.2索线性解析理论的基本假定

2.1.3索的基本动力方程

2.2索的张紧弦理论

2.3考虑抗弯刚度影响的索的解析理论

2.3.1基本假定

2.3.2索的振动方程

2.4考虑边界条件为弹性支承的索的解析理论

2.4.1一端铰支，一端弹性支承

2.4.2两端弹性支承

2.5索力计算的实用公式总结

2.5.1铰支边界

2.5.2固支边界

2.5.3考虑索长的影响

第3章吊杆索力测试计算模型的建立

3.1引言

3.2吊杆索力计算模型简介

3.3吊杆索力与频率的关系

3.4吊杆索力与抗弯刚度的关系

3.5吊杆索力与索长度修正系数的关系

3.6本文计算模型与计算公式

3.7本章小结

第4章吊杆固有频率的提取

4.1消除随机数据的趋势项

4.2傅立叶变换

4.3采样定理和抗混滤波

4.4数字滤波器的设计

4.5泄漏和加窗

4.5.1窗函数的原理

4.5.2窗函数产生的泄露现象

4.5.3选择合理的窗函数消除泄露现象

4.5.4本文窗函数的选择

4.6本章小结

第5章永安大桥索力现场测试及结果分析

5.1桥梁概况

5.2索力测试方法与设备

5.3计算模型的建立

5.3.1吊杆索力的计算模型与计算公式

5.3.2吊索长度的修正

5.4测试结果与分析

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献