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基于主缆几何形态的在役悬索桥缆索索力评估研究
| 论文题名： | 基于主缆几何形态的在役悬索桥缆索索力评估研究 |
| 关键词： | 悬索桥;主缆结构;几何形态;吊杆力;主缆索力 |
| 摘要： | 随着我国交通基础设施建设的不断推进，一方面，跨越河谷、连接海陆的桥梁应用场景逐渐增多，而悬索桥跨越能力以其优越的成为长大桥梁的优先选择，另一方面，随着服役年限的增长，大跨悬索桥的性能退化问题日益突出，越来越多的在役悬索桥进入吊索换索周期。悬索桥的缆索又被视为“生命索”，一旦缆索受力超过材料极限承载能力，致使缆索断裂，将对桥梁运营安全造成极大风险。因此，开展在役悬索桥缆索受力状态精准评估对大桥的安全运营与维修加固至关重要。然而，目前以频率法为主的现有索力识别方法在悬索桥中仍然面临诸多挑战。本文基于悬索桥缆索形态与受力高度敏感的特性，开展了基于主缆几何形态的缆索受力状态评估方法研究，主要工作如下： （1）提出了基于在役悬索桥主缆几何形态参数的吊杆力计算方法。对分段抛物线和分段悬链线两种理论分别进行几何形态与索力的关系推导，以节点的受力状态条件，获得了悬索桥吊杆力基于实测主缆几何形态参数的吊杆力计算式；将所提吊杆力计算方法与有限元法进行了对比，分析了线形误差与吊杆力偏差敏感性，验证了所提出计算方法的准确性和鲁棒性。 （2）提出了在役悬索桥主缆索力反向计算方法。对于有吊杆区主缆，提出了基于实测主缆索形的主缆水平力计算方法和快速迭代策略，给出了有吊杆区主缆任意位置的索力计算式；对于无吊杆区边跨主缆，以主缆实测线形与理论线形的偏差平方和最小作为目标，开发了基于黄金分割法的寻优算法，解决了主缆索力的非线性参数估计问题；开展了数值仿真实验，对所提出的主缆索力计算方法的收敛性、准确性、鲁棒性进行了验证。 （3）研究了基于地面激光扫描的悬索桥缆索几何形态快速测量方法。研究了适应于在役大跨悬索桥的点云滤波、降噪及配准方法，并基于悬索桥的几何特性，分别提出了有吊杆区主缆几何形态参数和无吊杆区的主缆几何形态特征的快速提取算法。 （4）依托巫山县桂花大桥，将本文所提出的缆索索力计算方法和主缆几何形态获取方法在实桥试验中进行了应用。实桥数据采集结果表明，地面激光扫描能够快速、精准捕获缆索的几何形态参数，数据采集效率相对于频率法提升了4倍；实桥索力评估结果表明，所提出的索力计算方法能够准确、可靠评估在役悬索桥全桥主缆及吊杆的索力及其索力变化。 |
| 作者： | 王玥 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 张雪松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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