温度变化对拉索频率与索力的影响_赵珧冰.pdfVIP

第 30 卷 第 6 期 应 用 力 学 学 报 Vol.30 No.6 2013 年 12 月 CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS Dec. 2013 文章编号：1000- 4939(2013) 06-0904-05 温度变化对拉索频率与索力的影响 赵珧冰 1 孙测世 1 彭剑 2 王连华 1 (1 湖南大学土木工程学院 410082 长沙；2 湖南大学机械与运载工程学院 410082 长沙) 摘要：为研究温度变化对拉索索力与频率的影响，本文引入了拉索在温度变化作用下的平衡状态， 通过求解相应的平衡方程及运动方程，得到了在温度变化的影响下索力与频率之间的关系式。数 值计算结果表明：随着温度变化量的增加，拉索水平张力及其反对称模态频率呈下降趋势；而对 于一阶正对称模态而言，该阶频率与温度变化量之间的关系取决于拉索初始水平张力，具体情况 分为两种，其一，当初始水平张力相对较小时，该阶频率会随着温度的上升而增大，其二，当初 始水平张力相对较大时，该阶频率会随着温度的上升而下降；对于相同的温度变化条件，索力与 频率的变化程度不一致，变化程度主要取决于拉索的初始张力大小。此外，温度的变化虽然明显 改变了索力与频率的大小，但并没有改变索力与频率之间的本质关系。 关键词：拉索；温度变化；索力；频率；热应力 中图分类号：U448.27 文献标识码：A DOI ：10.11776/cjam.30.06.C002 试索力而言，准确测试拉索的频率是关键[7-8]；然而当 1 引 言 拉索所处的环境温度发生改变时，其索力、频率也会 随之发生改变[9-11]，甚至导致斜拉桥振动特性也发生 拉索已被广泛应用于斜拉桥、悬索桥、张拉屋 变化[12] 。研究人员一般很难在同一温度、同一时刻测 顶等大跨和高耸结构中。已有文献[1]表明，温度变 试所有拉索的索力，因此为避免或减小温度变化对索 化会对拉索振动产生显著影响。近年来，随着温度 力测试的影响，测试人员常常会选择环境温度变化较 敏感性材料的发展以及结构健康监测的需要，国内 小的区域进行测量[13]，或者通过建立回归模型的方 外专家学者已经针对温度变化对一些基本结构振动 法来分析温度与频率之间的关系[14] 。 的影响开展了相关研究[2-5] 。 然而当测试噪音较大时，上述方法很难获得非 对于拉索而言，无论是在施工过程中还是在运营 常准确的结果，其应用范围受到一定程度的限制， 阶段，索力均是结构监测和健康状态评估的重要指标 所以从理论上探究温度变化对拉索频率与索力的影 之一。工程中常用的索力测试方法主要分为直接法(压 响很有必要。本文引入了拉索的热应力平衡状态， 力表测试法、压力传感器测试法)和间接法(振动测试 推导了拉索在各个状态下的平衡方程和运动微分方 法)[6]。直接法测试索力一般适用于拉索的张拉过程， 程，分析了温度变化对拉索索力与频率的影响，为 而对于已经施工完毕且处于运营阶段的拉索而言，采 工程中索力测试、索力调整以及索结构健康监测等 用间接法测试索力则更加简单和方便。对于间接法测 工作提供了一定的理论参考与依据。 基金项目：国家自然科学基金 收稿日期：2013-01-14 修回日期：2013-06-14 第一作者简介：赵珧冰，男，1988 年生，湖南大学土木工程学院，