拱桥吊杆张力测试理论研究与误差分析

通过求解考虑拱桥吊杆弯曲刚度、转动惯量、剪切变形的振动微分方程,建立了频率与张力关系的方程.对频率方程进行求解分析,得出两端铰接的吊杆频率方程数值计算方法及其实用计算公式.通过和有限元法计算结果的对比,表明吊杆张力实用计算公式与吊杆条件的选取.详细分析了影响吊杆张力测试结果的主要因素,并指出了在工程实践应用中应注意的问题.     

阶梯型变幅杆弯曲振动频率的计算及分析

为准确计算阶梯型变幅杆的弯曲振动频率,分别用单独考虑转动惯量或剪切变形影响的Euler-Bernoulli理论,和同时考虑转动惯量和剪切变形影响的Timoshenko理论,解析计算了其弯曲振动频率,进一步利用有限元方法数值计算了相同变幅杆的弯振频率。将不同的理论计算值与实验测试值进行比较,得到相应误差。结果表明:当阶梯杆的长度和大端面直径比小于5时,相对于另外两种方法 Timoshenko理论计算结果的误差最小。     

钢丝脆断后钢绞线吊杆对称断丝力学行为

基于断丝前后吊杆两端边界位移约束条件不变的相容条件,确立对称钢丝脆断后钢绞线吊杆截面内力重分布规律,并推导对称断丝后钢丝应变与影响长度、吊杆拉力损失率之间的关系表达式.结果表明:对称断丝后,在影响长度内各钢丝拉力分布不均匀,与断丝相邻的外层未断钢丝拉力增大,而与断丝相对的钢丝拉力减小,其余钢丝拉力变化不显著;在影响长度外,各钢丝拉力分布又变为均匀.随到断裂处距离的增加,断丝拉力呈指数或线性增加,而与断丝相邻钢丝则呈指数或线性衰减.在影响长度范围内,钢绞线拉力损失率基本为一限值,略低于钢绞线内钢丝断丝率,而护套握裹力、摩擦力等对吊杆内力重分布影响显著.     

拱桥钢绞线吊杆不对称断丝后的力学行为

基于断丝前后吊杆两端边界位移约束条件不变的相容条件,建立了不对称断丝后钢绞线吊杆的损伤力学模型,并推导了不对称断丝后钢丝应变与影响长度、吊杆拉力损失率之间关系的表达式.结果表明:不对称断丝后,在影响长度内各钢丝拉力分布不均匀,与断丝相邻的外层未断钢丝拉力增大,其余钢丝拉力变化与断丝形式显著相关,在影响长度外各钢丝拉力分布又变为均匀;随着到断裂处距离的增加,断丝拉力呈指数或线性增加,而与断丝相邻钢丝拉力则呈指数衰减.在影响长度范围内,钢绞线拉力损失率基本为一限值,略高于钢绞线内钢丝断丝率,而护套握裹力、摩擦力等对吊杆内力重分布影响显著.     

不同初拉力拉索对温度变化的敏感性分析

为研究不同初始张拉力下拉索索力及模态频率对温度变化的敏感性,引入拉索热应力平衡状态,从理论上推导出考虑温差影响下的索力与正/反对称模态频率的方程,并利用数值方法求解该方程。研究结果表明:索力受降温的影响比受升温的影响更显著,而频率受升温与降温的影响程度取决于初始张拉力;初始张拉力存在临界值,且当初始张拉力大于该临界值时,升/降温对索力及频率影响的差别会逐渐减小,但是,一阶正对称模态频率除外;一般来说,温差的绝对值越大,索力与频率的变化越明显;在一定的初始张拉力范围内,温差绝对值虽小,但一阶正对称模态频率对温度的变化可能更加敏感;高阶正对称模态频率与反对称模态频率对温度变化的敏感性趋于一致。     

基于数值计算的吊杆参数对索力的规律研究

介绍几种目前测试系杆拱桥吊杆索力的方法,阐述了频率法用于测试系杆拱桥吊杆索力的基本原理,并对频率法中涉及的吊杆参数进行了综述。采用大型有限元软件ANSYS计算在不同吊杆参数下,吊杆索力的变化和规律。结果表明,吊杆参数对吊杆索力的影响程度大小排序,依次为吊杆长度、截面抗弯刚度取值、钢套管长度。吊杆长度、截面抗弯刚度取值、钢套管长度分别与吊杆的索力成反比、正比、正比的函数关系。最后用两钢管混凝土拱桥案例验证了基于吊杆参数对索力影响规律的大小来倒推施工过程中吊杆参数方法的可行性。     

基于改进高斯-牛顿迭代法的吊杆参数识别

文章针对目前振动频率法在系杆拱桥吊杆索力测试中存在的不足,依据吊杆两端简支并考虑其抗弯刚度的模型,以计算长度、抗弯刚度、吊杆索力为参数进行参数灵敏度分析,利用改进的高斯-牛顿迭代法对抗弯刚度及计算长度进行迭代识别,以梅山南路桥施工监控为背景,将识别得到的吊杆索力值与有限元模型计算所得的理论值比较.结果表明,该迭代算法在吊杆参数识别中收敛速度快、精度高,修正了由于简化复杂边界条件给两端简支模型带来的误差,满足系杆拱桥在施工和运营期间索力测试的精度要求.     

钢-混组合结构蝶形拱桥索力优化

以中承式钢-混组合结构蝶形拱桥为研究背景,对以异型拱为代表的拱桥的索力优化问题进行研究。运用MIDAS/Civil软件建立桥梁结构的有限元模型,通过对比分析不同张拉索力下的拱肋轴力、弯矩、应力以及索力不均匀程度,确定最合理的吊杆张拉力,同时对4种不同的张拉方案从拱肋轴力、拱肋弯矩、主梁应力以及吊杆内力等方面进行对比分析,以确定最优的吊杆张拉顺序,最后以确定的吊杆张拉力和张拉顺序对吊杆进行验算。研究结果表明,该蝶形拱桥的第二次吊杆张拉力选取中索450kN、边索550kN较为合理,最优的张拉方案为先张拉拱顶两侧的两根吊杆,再张拉拱顶吊杆,然后从拱脚向拱顶对称张拉,吊杆的最大应力和应力幅均满足规范要求。     

波形钢腹板PC组合箱梁的扭转振动特性

根据波形钢腹板PC组合箱梁的特性,运用Hamilton原理推导了波形钢腹板PC组合箱梁考虑剪切变形时的扭转振动频率计算公式.以5.2 m波形钢腹板试验梁为对象进行了模态试验,并利用有限元软件ANSYS建立波形钢腹板PC组合箱梁的模型进行模态分析.通过对试验梁模态试验的扭转振动频率的实测值、理论计算值以及有限元分析数据进行对比分析,证明了理论公式推导的正确性,论证了有限元模型的适用性,并通过分析得出剪切变形对波形钢腹板PC组合箱梁的扭转振动性能有较大影响.文中还利用参数分析的方法,分析波形钢腹板厚度以及波折角对该组合箱梁的扭转振动频率的影响,结果表明:随着钢腹板厚度的增加,波形钢腹板PC组合箱梁的扭转振动频率相应增大;随着钢腹板波折角的增大,波形钢腹板PC组合箱梁的扭转振动频率有所减小.     

考虑弹性支撑的索力估算

本文利用D’Alembert原理,对索在弹性支撑条件下的自由振动频率方程和索力的解析表达式进行了推导,并与有限元结果进行了比较.结果表明,利用振动法测索力时,考虑索弹性支撑条件,可运用本文给出的索力公式进行索力估算.