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基于频率法的索力测试方法及索的损伤研究

作　者: 郑灿
导　师: 罗尧治
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 空间索结构频率法测索力无线动力测试系统结构振动测试理论施工过程监测索的损伤检测
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 355次
引　用: 6次
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内容摘要

拉索作为一种高效承受拉力的结构构件,正越来越广泛的应用于实际工程当中。索作为一种柔性构件,与传统的刚性构件具有完全不同的受力特点,有索参与的结构都存在找形和找力的问题,拉索的最终外形和内力很大程度上取决于对索的张拉过程,所以我们在索的施工过程中,必须对索的拉力进行测量来实时监控张拉过程,以保证施工质量。同时,由于索在工作过程中会发生松弛或损伤导致应力损失,从而对结构的安全性能产生不利影响,所以,有必要对工作状态下的拉索内力进行实时测量,以确保拉索处于正常的受力状态。本文根据实际工程的需要,研究并通过实践验证了采用新型无线动力测试系统测量索力这一方法的可行性。该方法基于频率法测量索力的原理,相对于有线动力测试系统而言具有明显的优越性。本文围绕无线动力测试系统的应用,主要进行了如下几方面的工作:1.总结了基于频率法测量索力的原理,介绍了索的线性振动理论,推导了考虑刚度影响和垂度影响下索力的实用计算公式,并设计相应的算例来进行验证。2.参与无线动力测试系统的开发,阐述了其硬件构成和方案流程,并简单的介绍了结构振动测试分析理论。采用无线动力测试系统对北京天文台FAST项目张弦桁架方案试验模型的钢拉杆内力进行了检测,以确保施工过程中钢拉杆预应力的施加达到设计要求。3.通过对北京北站张弦梁结构缩尺模型在施工及加载过程中的索力的跟踪检测,获取了在不同施工阶段及不同荷载状态下的索力数据资料,进一步证明了无线动力测试系统检测索力的适用性及优越性。4.对索的损伤理论进行总结和推导,将索的损伤用损伤位置、损伤范围、损伤程度三个系数来描述,并建立不同损伤状态下索的计算模型,研究损伤系数对索的静力特性和动力特性的影响。通过北京北站张弦梁结构模型的拉索损伤模拟试验,探讨了空间索结构各拉索之间的关系,提出了基于索力测量的拉索损伤的静力检测策略。5.总结了现在常用的几种索体损伤检测与监测的方法,提出对于拉索损伤检测与监测而言,最有效的方法,是从索体自身考虑,开发一种兼具承载功能与检测功能的智能索,才是解决拉索损伤检测问题的最好方法。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 索在结构工程中的应用与特点  11-12
  1.2 索的分类与构造  12-13
  1.3 索发生损伤的原因及分类  13-14
  1.4 索力的检测方法  14-18
  1.5 本文主要研究工作  18-19
第二章频率法测索力的基本理论简介  19-34
  2.1 索的线性振动理论综述  19-21
    2.1.1 拉索线性理论的发展  19-20
    2.1.2 拉索线性解析理论的基本假定  20-21
    2.1.3 索的基本动力方程  21
  2.2 索的张紧弦理论  21-22
  2.3 考虑抗弯刚度影响的索的解析理论  22-25
  2.4 考虑垂度影响的索的解析理论  25-27
  2.5 考虑边界条件为弹性支承的索的解析理论  27-29
  2.6 索力计算的实用公式总结  29-30
  2.7 算例分析  30-32
  2.8 本章小结  32-34
第三章无线动力测试系统在索力检测中的应用  34-46
  3.1 无线动力测试系统与传统动力测试系统的比较  34-35
  3.2 无线动力测试系统的设备和方案流程  35-37
  3.3 结构振动测试分析理论  37-41
    3.3.1 周期过程的Friour变换  37-38
    3.3.2 非周期函数的时频转换  38-39
    3.3.3 离散Friour变换(DFT)  39-40
    3.3.4 快速Friour变换(FFT)  40-41
  3.4 应用实例  41-44
  3.5 本章小结  44-46
第四章北京北站模型试验的索力检测与数据分析  46-68
  4.1 引言  46
  4.2 施工监测对象  46-50
    4.2.1 工程背景  46-48
    4.2.2 施工方案  48-49
    4.2.3 加载方案  49-50
  4.3 索力检测方案  50-53
    4.3.1 试验目的  50
    4.3.2 索力检测设备选取  50-51
    4.3.3 拉索及传感器布置  51-53
  4.4 检测结果分析  53-67
    4.4.1 索力计算公式选取  53
    4.4.2 索的基频识别和索力确定  53-56
    4.4.3 索力检测及数据分析  56-67
  4.5 本章小结  67-68
第五章损伤对索的静动力特性影响研究  68-92
  5.1 引言  68
  5.2 损伤对索的静力特性影响  68-78
    5.2.1 发生损伤的索的静力方程  68-73
    5.2.2 不同损伤系数对索的静力特性影响  73-78
  5.3 损伤对索的动力特性影响  78-84
    5.3.1 发生损伤的索的动力方程  78-82
    5.3.2 不同损伤系数对索的动力特性影响  82-84
  5.4 损伤理论的应用  84-85
  5.5 张弦梁结构的拉索损伤模拟试验  85-90
  5.6 拉索损伤的静力检测策略  90-91
  5.7 本章小结  91-92
第六章索体损伤检测与监测方法  92-101
  6.1 引言  92
  6.2 索体损伤检测技术  92-96
  6.3 索体损伤监测技术  96-99
  6.4 本章小结  99-101
第七章结论与展望  101-104
  7.1 本文的主要结论  101-102
  7.2 进一步的工作  102-104
参考文献  104-107
致谢  107

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