考虑弯曲刚度的索力动测法研究

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索力动测法是近年来应用较广泛的索力测试方法,在满足六个假设条件的情况下使用传统弦理论公式可以得到较为准确的计算结果。研究表明,拉索的垂度,弯曲刚度,边界条件等影响因素会对索力测试结果造成不可忽视的误差。考虑弯曲刚度、边界条件为简支时已经可以得到频率-索力解析表达式,近年来众多学者通过无量纲化,拟合等数值解法提出了多种在固支边界条件下考虑弯曲刚度索力计算的实用公式。这些方法大部分需提前知道弯曲刚度值,而由于拉索内部构造的问题,拉索弯曲刚度值不能直接测得,因此对精确计算索力带来了困难。本文在此基础上,提出了一种在固支边界条件下,无需提前知道弯曲刚度值即可索力的新方法,主要研究工作如下:1.梳理了弯曲刚度对索力测试结果影响研究的历程,详细介绍了本文研究工作所要用到的数学工具。陈述了精确识别索力的重要性,列出关于索力动测法索力测试精度的影响因素和关于这些影响因素国内外研究,概述弯曲刚度的识别难点以及现有识别方法的局限性。对基于弦理论和梁理论的振动法测索力的基本理论公式进行说明推导,介绍了公式推导中所用到的无量纲化方法,分离变量法和欧拉公式等理论方法。2.在固支边界条件下,建立并推导受恒定拉力梁的动力学方程。建立恒定拉力梁的动力学方程,引入梁弦比概念使方程中不显式出现弯曲刚度,将动力学方程进行彻底的无量纲化,代入固支边界条件,利用分离变量法和欧拉公式等数学工具推导出固支梁对称及反对称振动频率方程,该频率方程中只含有两个未知数,对频率方程进行分析,提出本文方法计算索力的流程。3.建立拉索有限元模型,分析不同影响因素对拉索频率的影响,确定本文方法中参数取值精度。通过建立不同梁弦比和不同边界条件的拉索有限元模型,分析拉索自振频率与拉索长度、索力值、弯曲刚度和边界条件的关系;对工程中应用较为普遍的拉索参数进行了调研,建立拉索有限元模型,确定本文方法梁弦比的取值范围和本文方法表格中数据的取值精度和应用形式。4.将本文索力计算方法与考虑弯曲刚度的文献公式计算结果进行对比。对固支边界条件下考虑弯曲刚度的索力计算实用公式相关文献进行了大量调研,选取将弯曲刚度作为未知参数进行索力计算的文献4篇,采用有限元数据和某大桥实测数据进行索力计算分析,表明本文方法具有较高的精度,实际工程应用时较为方便等优点。
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