基于振动法的梁拱桥组合桥吊杆张力测试研究

作     者：李峰 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许惟国

授予年度：2011年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：梁拱组合桥 吊杆 张力 频率 振动法 参数识别 

摘      要：吊索作为梁拱组合体系桥的主要受力构件,索力测量在结构施工过程及使用期内均具有重要意义。为了准确获得吊索的内力,出现了很多索力测试方法,其中振动法是被广泛应用的方法之一。目前,吊索的索力测试主要借鉴斜拉桥拉索的索力测试理论和方法。但在很多实际应用中,因为没考虑吊索的抗弯刚度和两端的实际边界条件,运用振动法可能带来不可接受的误差。 本文针对振动法主要进行了以下研究： 阐述了本文的研究背景和意义,综合国内外的研究成果,分析了在梁拱组合桥中使用振动法测量索力的优势及尚存的不足之处。 系统综述了索的自由振动理论,并从基本理论出发分析了索的抗弯刚度和边界条件等因素对吊索自振频率和索力估算的影响。分析表明对较粗短或索力不是很大的索,忽略边界条件或抗弯刚度的影响进行索力估算将出现较大的误差。 为解决目前吊索振动计算的困难,建立了考虑抗弯刚度及一般边界条件的吊索振动微分方程,用奇异摄动法导出了频率和振型函数的解析计算式。用数值分析的方法,分析了频率解的精度并及适用范围。 用拟合的方法修正了毛较小时的频率计算式,并导出了一组考虑抗弯刚度及弹性边界条件的索力估算实用公式。通过有限元及实验数据验证了本文推导的索力及频率公式具有较高的精度,可用于一般边界条件下吊索的索力和频率估算。 基于修正后的自振频率表达式,通过最小化频率计算值与实测值的误差,建立了根据多阶实测频率识别吊索索力、抗弯刚度以及边界条件等多个参数的方法。通过实测数据验证了此方法的有效性和实用性。 作为实例,对京沪高速铁路某1-96m系杆拱桥的吊索进行了张力测试和参数评估。