考虑边界条件影响的吊索索力估算与试验

论文摘要

吊索因其具有重量轻承受拉力大等特点,广泛应用于现代中、下承式拱桥和悬索桥中。吊索作为此类桥梁的主要受力构件,其索力无疑是吊索结构健康状态评估和监测的核心指标。目前,对于吊索的索力测试主要借鉴斜拉桥拉索的索力测定理论和方法,在振动法测索力时,将索两端看成固支或简支运用弦理论或梁理论进行索力估算。但吊索与斜拉桥拉索之间有许多不同之处,边界条件和抗弯刚度的影响不可忽略,如果直接采用斜拉桥拉索的索力测定方法将会带来不可接受的误差,本文就边界条件和抗弯刚度对吊索索力的影响进行了理论和试验研究,论文的主要工作包括:1.介绍了振动法测索力的基本理论,结合吊索本身的特点,建立了一般边界条件下吊索索力估算的梁模型和弦模型;2.分别就梁模型和弦模型中边界条件对吊索自振频率和索力估算的影响进行了详细的分析,分析表明吊索的边界条件对其自振频率和索力估算的影响不能忽略,对吊索索力进行估算时,有必要考虑实际边界条件的影响;3.用数值分析的方法,分析了两种模型下的特征频率方程解的性质,利用其解的性质,得到了两种模型在一般边界条件下的索力估算公式,并指出了公式的适用范围,通过有限元的方法验证了本文提出的索力估算公式具有较高的精度。4.设计了一个带转动约束的拉索试验装置,讨论了索频率响应函数测试中需注意的几个问题。利用试验的结果验证了本文所推导的频率表达式和索力表达式具有较高的精度,可以用于一般边界条件下吊索的频率求解和索力估算。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 索力的测试方法及研究现状
• 1.2.1 拉索索力测定的一些方法
• 1.2.2 振动法测索力及其研究
• 1.3 本文的工作
• 第二章 吊索索力估算理论
• 2.1 引言
• 2.2 索力估算的基本理论
• 2.2.1 弦理论
• 2.2.2 梁理论
• 2.3 一般边界条件下的吊索索力估算模型
• 2.3.1 梁模型
• 2.3.2 弦模型
• 2.4 小结
• 第三章 边界条件对吊索索力估算的影响
• 3.1 引言
• 3.2 梁模型中边界条件对吊索索力估算影响分析
• 3.2.1 特征频率方程的无量纲化
• 3.2.2 索的边界条件界于简支与固支之间
• 3.2.3 索的边界为固结、竖向弹性支承
• 3.2.4 索的边界为铰结、竖向弹性支承
• 3.3 弦模型中边界条件对吊索索力估算影响分析
• 3.3.1 频率方程的无量纲化
• 3.3.2 索的两端竖向弹性支承
• 3.3.3 索的一端竖向弹性支承，另一端刚性支承
• 3.4 小结
• 第四章 一般边界条件下吊索索力估算公式
• 4.1 引言
• 4.2 梁模型频率方程的数值分析及其解
• 4.2.1 频率方程的数值分析
• 4.2.2 频率方程的的解
• 4.3 弦模型频率方程的数值分析及其解
• 4.3.1 频率方程的数值分析
• 4.3.2 频率方程的的解
• 4.4 索力估算公式
• 4.4.1 考虑边界条件影响的梁模型索力估算公式
• 4.4.2 考虑边界条件影响的弦模型索力估算公式
• 4.5 数值验证
• 4.6 小结
• 第五章 索力测试的试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验系统及原理
• 5.2.1 试验系统
• 5.2.2 试验原理
• 5.3 试验
• 5.4 试验数据分析及索力的求解
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文所做的工作
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果