彈性支承鋼索受力動力檢測理論和試驗研究.pdf

1、鋼索是只能承受拉力的柔性構(gòu)件，具有明顯的非線性，伴隨較小的應(yīng)力和應(yīng)變，就會產(chǎn)生較大的位移，而且會產(chǎn)生松弛和應(yīng)力損失。正由于這些特點，索力測量在結(jié)構(gòu)施工期和使用期內(nèi)都具有重要意義。索力檢測方法主要有兩種：靜力法和動力法。在工程實際中主要使用動力法，振動法是動力法中最常用的方法，適用于施工、使用階段，成本低，儀器輕，測試時間短。振動法與實際還存在一定誤差，主要原因是沒有考慮索兩端彈性支承、彈性邊界條件和抗彎剛度等因素的影響。
　　

2、本文考慮兩端彈性支承、彈性邊界條件和抗彎剛度等因素的影響，提出了鋼索受力的動力檢測法，并通過試驗進(jìn)行了驗證，主要研究成果有：
　　 對比了索抵抗橫向變形的兩種剛度-物理剛度和幾何剛度，給出了索的一個定量化定義-索是無量綱剛度系數(shù)ζ>π的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
　　 對考慮垂度不考慮抗彎剛度和彈性支承的索模型進(jìn)行動力分析表明：索的平面外振動是簡諧振動；索平面內(nèi)反對稱振動時，垂度引起的索力增量為零；索平面內(nèi)對稱振動時，需要引入變形協(xié)調(diào)方

3、程進(jìn)行求解。
　　 對考慮垂度和抗彎剛度不考慮彈性支承的索模型進(jìn)行動力分析表明：索垂度的存在增加了平面內(nèi)的剛度，考慮垂度后計算出的頻率值變大；垂度對基頻影響很大，對高階奇數(shù)階頻率影響越來越小，對偶數(shù)階頻率影響可以忽略不計，索力識別宜采用偶數(shù)階頻率；對施工中索力還不是很大的索或較粗短的索，忽略抗彎剛度進(jìn)行估算將出現(xiàn)較大的誤差。
　　 在考慮索的抗彎剛度和邊界條件而不考慮彈性支承振動理論基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出索力計算實用公式。

4、>　　 考慮索的彈性支承，以柔性索為研究對象，建立動力分析的數(shù)學(xué)物理模型，得到了索力和邊界條件識別的實用公式?；谠撃Ｐ蛯λ鬟M(jìn)行動力分析表明：隨著支座處豎向剛度的增大，索的整體剛度增大，索的自由振動頻率增大；支座處豎向剛度對奇數(shù)階頻率(對稱振型頻率)影響遠(yuǎn)大于對偶數(shù)階頻率(反對稱振型頻率)；不考慮支座處豎向剛度的影響進(jìn)行索力識別得到的索力小于實際索力值。
　　 在考慮索的抗彎剛度、彈性嵌固和彈性支承的振動理論基礎(chǔ)上建立了數(shù)學(xué)物

5、理模型并得到了索力檢測的實用公式。基于此模型進(jìn)行動力分析表明：隨著支座處豎向剛度的增大或抗彎剛度的增大，索的整體剛度增大，索的自由振動頻率增大；支座處豎向剛度較小時，對奇數(shù)階頻率(對稱振型頻率)的影響大于對偶數(shù)階頻率(反對稱振型頻率)的影響；當(dāng)反映索支座處豎向剛度大小的無量綱參數(shù)k>25時，認(rèn)為索兩端固定，不考慮索兩端的彈性支承；支座處豎向剛度較小時，采用張緊弦模型進(jìn)行索力識別所得到的索力不再是索力的上限值。另外，基于此數(shù)學(xué)物理模型對索

6、力相對于頻率、抗彎剛度和支座處豎向剛度的靈敏性進(jìn)行分析表明：索力相對于支座處豎向剛度的靈敏度為負(fù)值，相對于頻率的靈敏度值為正值，索力相對于索的抗彎剛度的靈敏度，隨著索的抗彎剛度的增大，由負(fù)值變?yōu)檎?；索力對頻率最敏感，對支座處豎向剛度最不敏感；由不同的支座處豎向剛度得到的索力相對于頻率的靈敏度值離散度較小，由不同的抗彎剛度得到的索力相對于頻率的靈敏度值離散度較大。
　　 當(dāng)不考慮彈性支承時，又提出了由索的實測振動頻率同時識別出索

7、力和抗彎剛度的系統(tǒng)參數(shù)識別。該方法有一個簡潔的表達(dá)式，識別過程簡單而且容易實現(xiàn)，作為前述索力識別方法的一個補充和驗算。
　　 當(dāng)考慮彈性支承時，也給出了有限單元法和系統(tǒng)識別技術(shù)來識別鋼索參數(shù)的方法。有限單元法和先進(jìn)的系統(tǒng)識別技術(shù)相結(jié)合，不僅可以得到索力，而且可以得到抗彎剛度，可以對本文得到的實用公式進(jìn)行驗證。
　　 當(dāng)考慮彈性支承時，將索的動位移近似分解成不考慮彈性支承時的近似振型函數(shù)和彈性支承引起的撓曲線函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)參