Analysis on Frequency and Force of Stay Cable Considering Flexural Rigidity

以经典弦振动理论为基础,建立斜拉索振动分析的有限元模型,提出考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法.讨论抗弯刚度对斜拉索平衡索曲线的影响,绘制出距垂比随拉弯刚度比的变化曲线,得出了斜拉索的垂度随抗弯刚度的增大而减小的变化规律.针对西昌斜拉桥25对斜拉索的模态进行精确分析,以有限元的方法验证了斜拉索的模态超越现象,分别绘制频率和振型随索力的变化曲线,归纳索频率变化规律,提出索力测量的实用计算方法,采用频差法来判断实测各阶频率的阶数,并且以第2阶频率来进行索力计算.经工程实例验证,考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法可以有效排除由模态超越带来的索力计算偏差,适用于各种长度的斜拉索以及在施工过程中各阶段的索力测量计算.     

斜拉桥拉索减振阻尼器对拉索索力测量的影响研究

针对采用频率法测量拉索索力时拉索外加阻尼器对索力测量精度影响的问题,提出了考虑拉索垂度的拉索-阻尼器系统模态频率的分析方法,研究了阻尼器安装的相对高度、拉索的计算长度、阻尼系数等对拉索模态频率的影响程度和规律,获得了消除拉索减振阻尼器对索力测量精度影响的办法。研究表明,外加阻尼器对拉索低阶模态频率影响很大,采用高阶模态频率测量拉索索力时,索力测量能获得很好的精度。随着拉索-阻尼器系统相对安装长度和阻尼系数的增大,阻尼器对拉索模态频率的影响也越大,当阻尼系数增加到一定程度后,拉索的高阶模态频率基本与阻尼系数无穷大时的频率接近,阻尼器相当于固定支撑。以岳阳洞庭湖大桥A11号拉索为例,验证了该方法合理可行。     

斜拉索动力计算长度研究

根据斜拉桥拉索的振动特点，引入动力计算长度概念，将两端固支的拉索振动模型动力等效成两端铰结的拉索振动模型，从而解决了多年来振动法测估索力时遇到的确定有效计算长度的难题，可广泛应用于振动法测估各类拉索的索力，具有精度高，概念清楚，使用等特点。     

斜拉索实测索力计算方法研究

斜拉桥的索力测试,目前最常用的方法是频率法测试出斜拉索的振动,然后通过频率-索力计算公式换算出斜拉索的索力.结合吴江舜湖大桥工程,在斜拉索施工的时候,当索力和相应索力频谱已知的情况下,探讨出合适的计算方法;在后期的索力测试中,根据张拉过程中推导的计算方法,可以准确计算斜拉索的索力,使得斜拉索索力和主梁内力同时满足设计要求.     

基于模态识别的短索索力识别方法

为了研究在未知边界条件与抗弯刚度下短索索力的识别方法,在整理经典索力计算公式的基础上,分析了拉索模态振型特征,采用随机子空间法与曲线拟合技术,提出了基于结构模态的短索索力识别方法,并进行了数值模拟与实验室短索的索力测试,以验证该方法的有效性。数值模拟结果表明:在理想条件下,除二阶模态外,曲线拟合得到的各阶参数识别误差均在0.5%以内;除一阶与二阶模态联立的情况外,由一阶模态与其他阶模态联立方程组求得的索力误差均在1.2%以内。实验室短索索力测试结果表明:弦模型已不适用于该试验索的索力识别,而采用梁模型并经过修正后,其索力识别误差为1.02%。针对试验索,将基于模态识别索力方法与经典索力测试方法进行对比分析,结果表明:由于经典测试方法面临着选取计算长度与抗弯刚度的难题,计算长度或抗弯刚度的选取不当会造成索力识别误差过大,因此,经典测试方法不适用于短索索力识别。综上所述,基于结构模态的短索索力识别方法能够避开计算长度与抗弯刚度的选取难题,提升了短索力测试的精度,能够满足工程测试的需要。     

减震器对斜拉索索力检测的影响

振动法是斜拉桥索力测试的常用方法之一,但其测试精度会受到拉索边界条件、测试温度、拉索长度等因素影响.该文采用振动法测试索力方法,探讨了索跨内拉索弹性支撑对拉索索力测试的影响,并通过实例证明采用振动法测试拉索索力时,计算索力必须合理地考虑拉索跨内弹性支撑的影响,否则测试结果将是不可靠的.     

无背索斜塔斜拉桥的模态分析及1∶1内共振研究

无背索斜塔斜拉桥由于取消了单侧背索,受力性能与传统的直塔斜拉桥有所不同,研究其动力学特性十分重要。以某无背索斜塔斜拉桥为工程背景,建立2种不同的二维有限元模型,通过对比2种模型计算结果,采用不同方法模拟斜拉索对无背索斜塔斜拉桥模态的影响。基于所建立的模型,计算无背索斜塔斜拉桥的频率和振型,并将模型计算出的频率与采用张紧弦理论计算出的频率进行对比,验证了研究结果的正确性。简要介绍采用多尺度法进行无背索斜塔斜拉桥非线性内共振求解的基本理论。采用有限元法对比各阶模态间的频率匹配关系,揭示不同模态间的1∶1内共振行为。结果表明:斜拉索的弹性支承作用和索力对全局模态的影响不大;采用多个单元模拟斜拉索可以更准确地反映斜拉桥的动力学特性,两种模型配合使用,可以快速确定各阶模态间的内共振关系;在一定条件下,全局模态与局部模态间会发生1∶1内共振,局部模态与局部模态间也会发生1∶1内共振,由于无背索斜塔斜拉桥频率的密集性,甚至有可能激起多根索的振动。     

弹性支承索力参数精度识别方法的研究

采用模态参数识别法,基于能量平衡原理,推导了索力、索的抗弯刚度和索的固有频率在不同边界条件下的关系式.采用该关系式,可以通过索的实测振动频率,计算出拉索索力和拉索抗弯刚度.     

悬链线型斜拉索风雨激振模型及特性分析

斜拉索长度随斜拉桥跨度增大而增长，以抛物线型近似代替实际状态下拉索线型的误差也越来越大。考虑水线与拉索表面之间存在库仑阻尼力和黏滞线性阻尼力，建立了基于悬链线型考虑面内-外耦合振动的运动水线连续弹性拉索风雨激振理论模型，并推导出以各阶模态为坐标的拉索振动微分方程。以不同参数拉索为例，对拉索与水线的耦合运动微分方程组进行数值求解，并将计算结果与基于抛物线型的拉索风雨激振理论模型进行了比较。结果表明：在某些情况下，拉索采用悬链线型与抛物线型的计算结果在拉索振幅、参振模态、空间振动形态、振动频率、拉索与水线相位差以及水线的振动频率上有很大差异；垂度影响系数对拉索低阶模态有较大影响，抛物线型垂度影响系数大约是悬链线型的一半；采用悬链线型建立的拉索风雨激振理论模型得到的拉索各阶模态的自振频率比采用抛物线型模型的计算结果要高，模态阶数越低，自振频率差距越明显。     

连续梁拱组合桥吊杆索力测试研究

该文对影响频率法测定梁拱组合体系桥梁吊杆索力精度的几个因素进行了分析。合理地确定吊杆拉索的有效计算长度,根据所测频率基于弦振动理论在考虑抗弯刚度影响下,所得到吊杆索力在一般情况下均具有相当精度,可以满足运营期间监测吊杆索力的需要。     

等值张拉时基于振动法的平行钢绞线索索力测试分析

采用振动法对杭埠河大桥平行钢绞线索进行了索力测试,分析了平行钢绞线索的离散性、垂度和区域性接触对索力测试的影响,采用逐步扩大法模拟平行钢绞线索的离散性。讨论了拉索自振频率的确定、面内面外振动的振动特性以及不同拾振器放置位置时的实测信号特征。基于有限元方法建立平行钢绞线索及钢绞线-HDPE套管接触耦合模型,进行了平行钢绞线索振动特性分析。结果表明:振动法可以用于平行钢绞线索索力测试,索力计算时应尽量采用低阶频率;钢绞线间的离散性和索力不均匀性对拉索振动影响较小,拉索面内振动受施工影响较大,钢绞线面外振动频谱特征更为明显,低阶振动分量较多且易识别,利用面外振动可以更好地确定拉索自振频率;考虑HDPE套管质量,修正拉索线密度可提高索力测量精度。     

梁拱组合体系桥柔性吊杆索力测试

对影响频率法测定梁拱组合体系桥梁柔性吊杆索力精度的几个因素,如索的边界条件、刚度及有效计算长度等进行了分析.结果表明,只要吊杆拉索的有效计算长度被合理地确定,则根据所测频率基于弦振动理论在考虑抗弯刚度影响下,所得到吊杆索力在一般情况下的均具有相当精度,可以满足运营期间监测吊杆索力的需要.     

梁拱组合体系桥柔性吊杆索力测试

对影响频率法测定梁拱组合体系桥梁柔性吊杆索力精度的几个因素，如索的边界条件、刚度及有效计算长度等进行了分析。结果表明，只要吊杆拉索的有效计算长度被合理地确定，则根据所测频率基于弦振动理论在考虑抗弯刚度影响下，所得到吊杆索力在一般情况下均具有相当精度，可以满足运营期间监测吊杆索力的需要。     

基于振型动能法的大跨度斜拉桥振型分析和模态识别

针对拉索的自身振型以及与塔梁相互间的模态耦合作用被人为忽略和单凭振型图难以识别出主梁的主振型两大问题,采用多段索单元模拟拉索以便能准确地计算结构模型。通过动力计算分析振型参与的动能比例,实现了振型识别功能,得出斜拉桥的自振频率和振型。分析结果表明:斜拉桥的自振特性表现出明显的三维性和相互耦合的特点,主梁、桥塔、斜拉索之间相互影响;在一个较宽的频率范围内,许多振型都可能被动力荷载激起强烈的振动;为识别出主梁振动为主的振型和主振型方向分析振型参与的动能比例,应采用10阶以上的振型情况分析,为动力测试提供理论数据。     

考虑抗弯刚度的频率法测索力实用公式

运用频率法测量斜拉索索力,基于不同的振动模型,可得到不同的索力求解公式.求得的索力之间有时存在较大差异,为了提高索力测量的精度,选用一组不同长度及截面参数的索对不同的振动模型进行比较,分析了刚度及边界约束在不同振动模型中对索力计算的影响,得到结论:反映拉索刚度的参数ξ与不同振动模型的索力差值相关性良好.在此基础上提出一...     

基于图像识别的非接触式索力测试系统的研究

为有效提升振动频率法索力测试的效率与精度，简化测量流程并降低测量成本，提出了一种基于图像识别的非接触式索力测试方法。首先，在拉索上粘贴标靶建立起斜拉索特征，利用手机等终端设备拍摄拉索振动视频，并通过视频数据分解获取拉索振动的图像序列；其次，基于改进的二值化与斑点检测算法对标靶进行识别跟踪，并通过形心拟合实现标靶精确定位，从而计算得到拉索振动时程曲线，经频谱分析后利用振动频率法计算得到拉索索力；最后，基于业务流程与实际需求，设计实现了基于图像识别的非接触式索力测试系统。通过实桥应用，证明了该系统可操作性强、测试精度高，易于在桥梁建设工程中推广。     

索力测定常用公式精度分析

本文分析了常用的频率法测定索力公式的精度。利用作者建立的拉索非线性有限元法分析程序,可得到对应特定索力的拉索频率分布,基于此频率分布,采用不同的索力公式可推算出对应的索力。通过对比所得索力与设定索力可判断各公式的精度。本文以某斜拉桥的拉索为例,对处于不同张紧程度、不同长度的拉索进行了分析。分析结果给出了频率法测定索力时的注意事项,以及各公式的适用范围,并推荐了一种高精度的索力推算公式。     

基于动力刚度法与粒子群优化算法的拉索参数识别

拉索一般设置有一个或多个中间支承,其振动频率与索力对应关系不甚明确,基于动力刚度法与粒子群算法,对带有多个中间支承的拉索进行参数识别。将拉索视为无限自由度体系,导出精确的单元动力刚度矩阵,通过集成及求解得到总体动力刚度矩阵和频率方程,引入Wittrick-Williams算法求解拉索振动频率;根据拉索振动频率拟合的参数识别方法,将之转化为一优化问题,采用带变异算子的粒子群优化算法进行拉索参数识别。通过有限元仿真分析对带有两个中间弹性支承的两端固结拉索进行了算法的验证,并选取一座实桥的3根两端设置高阻尼橡胶减振器的典型拉索进行了参数识别。研究表明,对具复杂边界条件拉索,基于动力刚度法与粒子群优化算法的参数识别方法能够获得较好的索力测试精度。     

考虑减振器影响的斜拉桥索力计算

减振器的存在会影响斜拉索的振动频率,从而降低振动频率法计算索力的精度.文中推导了拉索在单侧减振器和对称减振器作用下的索力计算公式,并对某长江公路大桥的索力监测数据进行了计算,检验了该公式的准确性.     

斜拉桥的索力测试

本文对采用频率法测定斜拉桥索力时的若干问题诸如索的刚度、垂度、边界条件以及加装减振器因素对索力测试精度的影响进行了比较详尽的分析。结果表明，只要斜拉索的计算长度合理确定、则根据所测频率基于弦振动原理所获的索力在一般情况下均具有相当的精度，可以满意斜拉桥施工控制的需要。