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基于频率法的系杆拱桥吊杆索力识别的理论计算方法研究
| 论文题名： | 基于频率法的系杆拱桥吊杆索力识别的理论计算方法研究 |
| 关键词： | 系杆拱桥;吊杆安装;索力识别;频率法 |
| 摘要： | 目前，钢索被广泛运用于斜拉桥、悬索桥、系杆拱桥等缆索承重体系桥梁中，而且是这些工程的主要受力构件。对于无论是正在施工中还是已经在役的系杆拱桥，均需要快速准确识别出吊杆的索力，以便为正在施工的桥梁提供安全施工的保障，为在役桥梁的健康状态评估提供可靠依据。因此系杆拱桥的吊杆索力识别是目前工程中的重点也是难点，而频率法是当前使用最广泛的索力识别方法之一。 本文以青海鸟兰矿业专线西格铁路立交大桥1-64m系杆拱桥的吊杆安装及索力调试为研究背景，基于频率法提出新的索力识别的理论公式，以提高短吊杆的索力识别精度，主要完成的研究工作有以下几个方面: (1)从考虑吊杆抗弯刚度的振动微分方程出发，推导出索力识别统一公式，该公式是只需要在弦振动理论索力识别计算公式前面乘以一个系数Kn，而且可以采用任意阶次频率进行索力识别，并将两端铰接边界条件代入理论计算公式，得到与欧拉梁理论相同的显示索力计算公式。 (2)将两端固结及一端铰接一端固结两种边界条件代入理论计算公式，得到两个不同的超越方程，结合MATLAB对超越方程进行迭代求解与曲线拟合，得到不同边界条件下的系数K，从而建立了索力识别公式的显示表达式。 (3)通过有限元软件Midas Civil，建立三根不同长度的吊杆模型，分别施加三种不同的张拉力，计算其在两端固结及一端铰接一端固结两种边界条件情况下的振动频率，然后代入本文推导的理论公式进行索力识别。并与Mehrabi和Tabatabai提出考虑拉索垂度效应和抗弯刚度的索力识别公式进行误差比较，结果表明本文所推公式具有较高的精度，而且更适用于各类型的吊杆与各阶频率。 (4)考虑吊杆锚固段抗弯刚度、单位长度质量与柔性索段的差异，建立三分段吊杆振动模型，并推导三分段吊杆自振频率与索力之间频率方程。 (5)由于三分段吊杆的频率方程形式复杂，不便于计算，故将三分段吊杆振动模型进行简化，将锚固段简化为垂直于吊杆方向的弹性支撑，建立纵向受拉横向弹性支撑吊杆振动模型，考虑吊杆的抗弯刚度和弹性支撑的共同影响，推导出吊杆的动力反应方程，并求得索力识别公式。 (6)将本文所建立的吊杆索力识别公式运用于青海鸟兰矿业专线西格铁路立交大桥1-64m系杆拱桥的吊杆安装及索力调试过程，并与相应的索力实际张拉值进行比较，结果表明本文建立的索力识别公式具有较高的精度，且较为适用于工程中的短吊杆以及各阶次吊杆自振频率，值得在工程实例中应用并推广。 |
| 作者： | 包朝江 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 杨霞林;黄永飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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