拱桥吊杆内力识别与内力调整技术研究

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吊杆(拉索)作为悬索桥、拱桥或斜拉桥重要的组成构件,其受力状态与桥梁整体结构的内力分布密切相关,准确识别其内力并调整至设计值附近,是保证桥梁结构在施工中吊杆安全受力以及成桥安全运营的关键。在此类桥型的施工过程中,首先需要准确的识别吊杆的实际受力状态,再将吊杆内力调整到设计目标值,但部分长度较短且线刚度较大的吊杆存在内力识别精度较低的问题。为保证吊杆内力在调整后其受力状态与设计值达到一致,本文以拱桥中的短吊杆为研究对象,基于动测法(振动频率法),提出了在考虑弯曲刚度的影响和不同边界条件下的吊杆内力识别方法,以识别吊杆的实际内力,同时提出了吊杆伸长量控制技术以调整吊杆内力。本文首先建立了受轴向拉力梁的横向振动力学模型,推导出吊杆的振动微分方程,研究了吊杆在不同边界条件约束下其横向振动频率与内力之间的关系,发现在两端固定和一端固定一端铰支边界约束条件下,由于公式中双曲函数和三角函数的耦合而无法直接求解。随后引入无量纲参数,将两端固定和一端固定一端铰支此两类边界约束的形式转化为等效长度下的两端铰支的形式,提出了等效长度法;同时考虑到在两端铰支边界下的吊杆可利用频差法将弯曲刚度化为隐式,便于吊杆内力的识别。最后利用Ansys有限元分析软件对该方法进行数值模拟和验证,分析了该方法的误差与适用范围,并以新疆库尔勒孔雀河大桥为例,验证了此方法的可行性与准确性。在准确识别吊杆实际内力的基础上,本文通过建立整体桥梁结构有限元计算模型,确定了吊杆的内力调整量与吊杆总拉伸量之间的关系,把以内力为吊杆内力调整为控制目标转变为以吊杆的伸长量为控制目标,提出了吊杆拉伸量控制技术;并利用螺母的旋转量来控制吊杆的拉伸量,使其控制精度更为准确。最后以孝感南门桥的为例,验证了该方法在工程实践中具有便捷、高效、准确的特点,可使吊杆内力调整所需的工作量大大缩小,具有一定的工程实用价值。
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