铁路跨度钢管混凝土拱桥索力测验及优化

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1、铁路跨度钢管混凝土拱桥索力测验及优化第1章绪论1.1拉索在工程中的应用从古代到现代的土木结构历史中，拉索都是起到了一个重要的作用，并且在现代桥梁的发展中，拉索也是扮演着越来越重要的角色。拉索不仅广泛运用于悬索桥、斜拉桥、拱桥等桥式中，同时，拉索也被运用到土建领域的其他结构中，如预应力钢结构领域等，是运用非常广泛的一种构件。而拉索的索力数值是一个非常关键的数据，不论是在施工过程中的索力监测，还是在成桥以后的索力调整、检测、监测及换索后索力的调整等方面，都需要确切的索力数值。因此，本文正是基于目前这一实际情况，提出对索力测试方法的研究，包括索力测试的原理、测试系统

2、的研究以及实际应用等方面提出自己的见解。索作为一种古老的结构，不论是在古代还是在现代，都为聪明的人类所利用，从而成为人类跨越障碍，到达对岸的一个有力的工具。在古代，人们在峡谷的两侧架起藤条，借藤条抵达对岸，这是索出现的最早形式，就跟现代的西南地区，某些峡谷之间，仍采用滑索的形式是一个原理，只是古代没有钢丝，强度没有这么局。位于都江堰市都江堪景区内的安澜索桥是历史悠久的一座索桥。如图1-1所示，安澜索桥是古代我国著名的五座桥梁之一，全长320米，吃立在眠江之上，历经风雨的吹刷，最早称绳桥或竹藤桥，后于明朝末年间毁于战火，在清嘉庆年间，由何氏夫妇倡议重修。安澜索桥

3、是我国古代劳动人民智慧的结晶，针对四川都江堰地区多竹材的优势，就地取材，采用竹木建造，是世界索桥史上的一座典范。1.2索力测试方法简述拉索在张拉时通常都是采用液压千斤顶，而压力表测定法的原理是将千斤顶油赶中的液压和千斤顶的张拉力成正比的关系，通过邮箱液压的测定数值，根据事先测定的对应关系，算出千斤顶上的力，并认为千斤顶上的拉力就等于索上的错固力[2]。通过精密的压力测试表或者采用液压形式的传感器测定液压，进而将油压表的读书换算成折算成千斤顶的张拉力即拉索的索力直接读出（图1-3)。采用事先经过标定的千斤顶进行索力测试，所获f的测试结果具有较高的精度，一般可达到

4、1%~2%。压力表测定法比较简单直观，操作简便，不要求在测试中购置额外的仪器设备，因此是施工中测试索力最实用并且也是使用的最多方法。但该方法同样存在缺点。比如该法所使用的设备仪器笨重、移动不方便等，因此该法一般应用到施工阶段的索力控制测量。压力传感器（错索计）测定法测试索力的原理可归结为如下：在张拉拉索之前，就在千斤顶张拉活塞和连接竿螺母之间，套上一个穿心式的压力传感器，在索进行张拉时，作用在千斤顶上的张拉力将通过链接杆件将力传递到拉索的描具上面，先前已经套上的穿心式压力传感器受压后，将电信号输出，通过配套的二次仪表可以读出千斤顶的张拉力（图1-4)。压力式传

5、感器也可用于长期监测中，其具体做法是将穿心式传感器置放在铺具和索孔垫板之间，进而进行长期的监测。..第2章索力检测中的频率法运用2.1振动频率法测索力研究现状振动法是目前为止比较有效的测试索力的方法。这种方法的难点是如何在索力与频率之间构建联系。比较常用的转换关系有三方面，分别是解析解、半解析半数值以及数值解。早先，Ricciardi和Saitta从连续的振动模型入手，得到了包含索刚度和垂度因素的索力估算公式，求解方式需要用到数值迭代[17]。刘文峰、应怀樵、柳春图把索的抗弯刚度考虑进来，同时在定义索的边界条件时，假定了简支一种情况，简支和固支稱合一种情况，遵

6、从能量原理，得到了不同边界假定条件下的索力估算式子[18]。邵旭东等通过求解微分方程，得到两端铰支吊杆和弦的基频与索力及抗弯刚度的的精确关系。仍然利用能量法，将固端梁的一阶振型用在均布荷载下的烧度曲线近似，求得吊杆的基频与索力及抗弯刚度的近似关系，获得由这两者组成的分段公式[19]。冉志红为针对目前斜拉索非线性振动求解困难的问题，用奇异摄动法，求解了考虑斜度和垂度的斜拉索振动微分方程，导出了固支边界条件下振型函数和频率的解析计算式，可广泛用于斜拉索的索力测试、修正和参数识别等，并在此基础上提出了索力计算的公式[2G]。.2.2索的线性振动理论Mehrabi,T

7、abatabai分析索的垂度和抗弯刚度的影响，结合索的垂度、抗弯刚度和阻尼三个方面的影响，给出了索力的差分解[25]。王德山综合考虑索的垂度及抗弯刚度的影响，开发了求解斜拉桥拉索内力的计算程序[26]。许俊提出了结合有限元计算及优化算法进行索力计算的方法：根据实测的频率，先利用不考虑抗弯刚度的计算公式，算出索力初值，然后将略小于此初值的索力输入考虑索的抗弯刚度、实际边界条件的有限元程序，算出该索的前几阶频率，如果算出的频率与测出的不符，则调整索力，直到算出的前几阶频率与测出的频率差值最小为止，取这时的索力为测量索力。郑里基于较完善的有限元模型，通过优化算法最小

8、化频率计算值与测量值间的误差，建立了利