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原文传递基于频率法的索力测试技术研究

论文题名：	基于频率法的索力测试技术研究
关键词：	频率法;斜拉索;索长计算;斜拉桥;公式;处理方法;应用;频差法;自振频率;振动理论;有限元法;索力测试;实测;频率计算;湛江海湾大桥;现场;文献;推导;索力监测技术;精度
摘要：	拉索现已广泛应用于各种工程结构，如斜拉桥、悬索桥以及塔桅结构等。斜拉索是斜拉桥的主要受力构件之一，由于其大柔度、小质量和小阻尼等特点，在外界因素的激励下极易发生多种形式的有害振动，因此，准确分析斜拉桥的静、动力特性并进行振动控制是斜拉桥设计的重要工作之一。频率法测索力广泛应用于拉索结构的施工监测中，其原理是基于弦振动理论：索拉力与自振频率之间存在一定的关系，因此可以用实测的自振频率计算得到索力。但弦振动理论没有考虑到拉索的垂度和抗弯刚度，在很多实际应用中将带来不可接受的误差。本文的创新性工作主要包括： (1)精确的计算出拉索的静力索长。这是测量索力的前提。因为现行公式的推导及计算均需用到拉索的静力索长。现行的规范公式建立在二次抛物线的基础上，文献[2.3]提出的公式虽然是建立在悬链线的基础上，但因为其为超越方程，必须用到牛顿-拉普森等方法，在现场的快速索长计算中，应用非常不方便。本文通过对某些条件的假设，推导出索长计算的显式表达公式，能快速地计算出拉索的索长。同时，通过计算及比较，证明了此公式的合理性，并且有足够的精度。 (2)如何准确地获得拉索的振动频率。因为环境因素的影响，现场测出的频率与理论值有一定的差距。如何剔除其他因素的影响，获得最准确、最合理的频率必须用到一定的处理方法。目前，在现场快速的索力测试中，最常用的处理方法为频差法、平均频差法、新基频法等。但上述的这些处理方法均存在一定的不合理性。如果当某一阶的频率因为与外界发生共振等影响时，还用频差法处理的话，其相邻的两个频差均为错误，其得出的频率值自然也是错误的。本文提出用倒频谱法识别拉索的基频，方法简单实用。同时，通过对测量得出的频率作最小二乘处理，使每一阶频率的误差影响降至最小，从而提高了拉索实测基频的精度。实测结果表明，本方法行之有效，克服了过往方法的某些弊端，识别结果精确可靠、值得推广。 (3)确定拉索与频率之间的关系(即如何用实测的频率计算出拉索的拉力)。各参考文献中提出了各种各样的索力计算公式。文献[3.11]提出的公式在近年实际工程中应用甚广。然而，其适用范围有一定的限制(斜拉索的张紧程度ξ必须大于或等于200)。当随着斜拉桥的发展，其公式的局限性进一步呈现，突破此限制的斜拉索已不在少数，以此计算出来的结果与其他计算方法如有限元法得出的结果相比显得偏小。本文从能量法的角度入手，推导出简洁、实用的索力公式，并且在ξ≥200时，结果也较精确，与有限元法、有限差分法等方法得出的结果较相近，这也间接地证明了本文公式的正确性。本文通过对斜拉桥索力监测技术的研究成果及工程经验进行回顾和总结，对上述提及的影响索力测试结果的三个方面做出了一定的改进，并在湛江海湾大桥斜拉桥上进行了应用，提高了索力测量的精度，取得了预期的效果。
作者：	彭庆添
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	韩大建
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文