斜拉桥索力监测及桥梁状态评估分析

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斜拉索作为斜拉桥的重要构件,在斜拉桥的受力过程中起着至关重要的作用,可见,在斜拉桥服役过程中,准确掌握斜拉索索力对确保斜拉桥的正常运营有着积极的意义。目前索力测试方法较多,常用的振动频率法虽然较为简单便捷,但也有其局限性,本文将进一步探讨索力测试的方法,并研究当索力发生损失时,对斜拉桥的性能状态造成的影响。本文主要研究内容有:振动频率法由于简单、经济、便捷的优点,是目前拉索索力测试过程中普遍使用的方法。本文阐述了张拉弦和固支梁两种理论方法,分别模拟简支和固支边界条件得到频率-索力的关系。通过ANSYS有限元软件,将理论计算公式结果与有限元计算结果进行对比,证明这两种理论的计算精度较高。但是振动频率法也有局限性,其只能测得某个时间段内的平均索力,无法得到用于研究拉索疲劳效应所需的时变索力。在此基础上,本文将研究一种基于小波分析和扩展卡尔曼滤波相结合的方法来识别时变索力。再通过将数值模拟得到的时变索力和有限元计算得到的时变索力进行对比,证明小波-扩展卡尔曼滤波识别时变索力可行,且精度较高。对于待建桥梁的时变索力来说,本文将研究一种基于光纤光栅传感器的智能拉索索力监测,即在拉索施工制作阶段,将某根钢丝或者钢绞线用埋有光纤光栅传感器的FRP筋替代掉,通过光纤光栅传感器波长的变化来直接监测时变索力。最后再以智能索试验,来验证智能索测试索力的准确性。基于前面索力测试方法的研究,当监测到拉索索力发生损失时,分析评估对斜拉桥性能状态的影响。本文将以苏通大桥为背景,通过ANSYS有限元软件模拟拉索索力损失时,给斜拉桥的拉索索力、挠度和自振频率等重要参数带来的影响。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6页
第一章 绪论第10-16页
    1.1 立题背景和研究意义第10-12页
    1.2 斜拉桥结构健康监测的发展现状第12页
    1.3 拉索索力监测现状第12-15页
        1.3.1 斜拉索索力计算的理论研究第12-13页
        1.3.2 斜拉索索力测试方法第13-15页
    1.4 本文研究内容与研究方法第15-16页
第二章 振动频率法测试索力的研究分析第16-34页
    2.1 引言第16页
    2.2 拉索平面内自由振动的解析解第16-18页
    2.3 拉索索力的计算公式第18-25页
        2.3.1 张拉弦理论第19-20页
        2.3.2 固支梁理论第20-25页
    2.4 抗弯刚度的修正第25-27页
    2.5 张拉弦理论和固支梁理论计算公式的验证第27-33页
        2.5.1 张拉弦理论与有限元的结果对比第28-30页
        2.5.2 固支梁理论与有限元的结果对比第30-33页
    2.6 本章小结第33-34页
第三章 基于小波分析-扩展卡尔曼滤波方法的斜拉索索力实时识别第34-48页
    3.1 引言第34页
    3.2 斜拉索在环境激励下的运动方程及近似解第34-36页
    3.3 小波分析识别拉索的时变刚度第36-40页
        3.3.1 函数的多尺度逼近第36-38页
        3.3.2 拉索时变刚度的识别第38-40页
    3.4 由有限测量数据利用扩展卡尔曼滤波识别索力第40-45页
        3.4.1 拉索动力系统状态方程第40-42页
        3.4.2 扩展卡尔曼滤波识别索力第42-45页
    3.5 数值模拟第45-47页
    3.6 本章小结第47-48页
第四章 基于光纤光栅智能拉索的索力监测第48-58页
    4.1 引言第48页
    4.2 光纤布拉格光栅传感技术第48-51页
        4.2.1 光纤布拉格光栅传感技术的发展第48-49页
        4.2.2 光纤布拉格光栅传感技术的原理第49-51页
            4.2.2.1 应变的测量第49-50页
            4.2.2.2 温度的测量第50-51页
        4.2.3 基于光纤布拉格光栅的斜拉桥索力监测第51页
    4.3 智能拉索索力试验研究第51-57页
        4.3.1 钢绞线拉索试验第52-55页
            4.3.1.1 试验设计第52-54页
            4.3.1.2 试验结果分析第54-55页
        4.3.2 智能拉索试验第55-57页
            4.3.2.1 光纤光栅传感器的封装第55-56页
            4.3.2.2 智能拉索的制备第56页
            4.3.2.3 试验结果分析第56-57页
    4.4 本章小结第57-58页
第五章 拉索索力损失对斜拉桥性能状态的影响评估第58-103页
    5.1 引言第58页
    5.2 斜拉索索力损失原因分析第58-59页
    5.3 苏通大桥概况及有限元模型的建立第59-61页
        5.3.1 苏通大桥概况第59-60页
        5.3.2 有限元模型的建立第60-61页
    5.4 单索索力损失对斜拉桥性能状态的影响第61-82页
        5.4.1 单索损失10%第62-68页
        5.4.2 单索损失30%第68-75页
        5.4.3 单索损失50%第75-82页
    5.5 两拉索索力损失对斜拉桥性能状态的影响第82-100页
        5.5.1 两索索力损失对斜拉索索力的影响第82-98页
        5.5.2 两索索力损失对中跨跨中挠度值的影响第98-99页
        5.5.3 两索索力损失对自振频率的影响第99-100页
    5.6 考虑长期荷载效应的索力损失对斜拉桥性能状态的影响第100-102页
    5.7 本章小结第102-103页
第六章 总结与展望第103-105页
    6.1 全文总结第103-104页
    6.2 研究展望第104-105页
参考文献第105-109页
致谢第109-110页
作者攻读硕士期间发表的论文第110页
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