详情

原文传递大跨桥梁索力非接触测试研究

论文题名：	大跨桥梁索力非接触测试研究
关键词：	大跨桥梁;索力计算;非接触测试;模态参数识别;桥索阻尼比
摘要：	桥索通常作为大跨桥梁受力中的关键元素，容易受到如强风、地震等环境激励的影响，其结构的脆弱性和易损坏性等特点关系着桥梁的寿命与安全，因而,需要对服役桥梁进行定期的结构监测。目前，接触式方法是目前桥梁工程中测量桥梁索力的主要方法，但存在着设备安装复杂、人力成本高、前期准备时间久等缺陷，需要一种针对桥索结构的更快捷测试方法。基于此，本文使用了基于激光测振技术的非接触式大跨桥梁索力测试方法，实现了大跨拱桥、斜拉桥的索力快速、准确测试，并将在桥梁实测的信号结果结合一系列模态参数识别方法，提高了传统桥索模态识别的精度和识别了张拉过程桥索的时变索力、不同振幅下桥索的阻尼比等。具体的研究内容和结论如下: 　　阐述桥梁索力快速测试的背景和意义，回顾了接触、非接触式索力测试方法,以及索力计算理论的发展历程，并介绍了本文桥梁实测工作中所使用的模态参数识别方法。　　基于激光多普勒测振原理和索力计算原理桥梁关键结构快速测试方法研究。在激光测振原理的基础上研究了单点激光测振仪的工作方式，分析了该方法在非接触式测试工作的优势和可行性，将基于单点激光测振仪的运动物体振动信号采集作为结构输入的响应。基于紧张弦理论，研究分析了不同种类的桥梁桥索的索力计算方法，通过建立弦、梁、斜拉索的力学模型，并考虑边界条件、抗弯刚度，倾斜角度、结构自重等因素，并对索力公式进行了总结。　　基于欧拉-伯努利梁力学模型的桥索结构特性分析。通过ANSYS有限元方法对本文提到的索力计算理论进行数值分析对比，其中公式法和有限元法的各阶频率结果差别都在2％以内，验证了公式的准确性。通过对安装减振装置的桥索分析发现，减振装置的安设会提高桥索的自振频率，因而在进行含减振装置的桥索的索力计算时采用传统索力公式会使得测得的索力较实际值偏大。　　基于本文所使用的索力非接触测试方法的大跨桥梁实测。以汕头市濠江一桥和牛田洋特大桥为依托，分别对拱桥和斜拉桥两种桥型进行了索力识别研究，将测试结果与传统接触式传感器方法结果从时域、频域、索力三个角度进行比较,索力的差别在5％以内，结果表明，该非接触式索力测试方法相较于传统方法，具有操作便捷、精度高等优势。使用变分模态分解法(VMD)进行桥索的模态提取，能清晰识别桥索的前7阶模态自振频率，而使用传统“峰值法”仅能识别前3、4阶模态自振频率，优化了传统“峰值法”在桥索高阶模态频率难以识别的情况。基于融合VMD和希尔伯特变换的瞬时频率计算，进行了桥索张拉过程时变索力的精确识别，可作为实际桥梁索力张拉过程的施工参考;基于融合VMD和ERA方法，针对实测中牛田洋特大桥东、西幅桥梁中跨斜拉索振幅差别过大的情况进行了阻尼识别，结果表明，当斜拉桥东幅拉索振幅数十倍大于西幅拉索时,东幅拉索的阻尼比明显较西幅拉索高，差别在1～2倍不等，而对于振幅差别不大的两幅对应拉索，阻尼比的差别则很小。　　本文的研究结论为桥梁工程的现场测试工作提供参考价值。
作者：	周渝棋
专业：	结构工程
导师：	胡尚瑜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	汕头大学
学位年度：	2023