复杂索缆体系动力学分析及智慧监测

绪论1 0.1概念体系1 0.2研究综述3**篇 7基于横向动刚度的拉索系统动力分析理论第1章 9索缆动力学中的动刚度法基础 1.1动刚度法9 1.1.1基本理论10 1.1.2动刚度矩阵特性11 1.1.3存在的问题12 1.2WW法12 1.2.1基本理论13 1.2.2计算流程14 1.2.3存在的问题16 1.3适用于复杂梁式结构的改进WW法16 1.3.1基本理论16 1.3.2计算流程17 1.3.3准确性验证18 1.3.4改进WW法优势20 1.4WW法在弱几何非线性结构中的扩展20 1.4.1计算步骤20 1.4.2准确性验证21 1.5扩展动刚度法22 1.5.1基本理论23 1.5.2系统阻尼比的计算27 1.5.3方法验证28 1.5.4优势30 1.5.5复合索缆体系31第2章 32单梁拉索体系的横向动刚度理论 2.1单梁拉索体系的分段振动微分方程32 2.2分段微分方程的通解34 2.3界动位移表征的无量纲振型函数36 2.4拉索横向力元件系统的横向动刚度矩阵分析 模型37 2.5实例研究： 拉索体系的动刚度规律40 2.5.1数值验证40 2.5.2实索激振实验45 2.5.3拉索横向动刚度特性研究47第3章 52考虑多因素的裸索系统动力特性分析方法 3.1系统频率方程的建立53 3.1.1裸索体系阻尼比计算53 3.1.2动刚度矩阵计算54 3.1.3系统频率方程的求解56 3.2准确性验证57〖KH+8mmD〗第二篇 61复杂索缆系统的动力分析理论第4章 63复杂拉索体系的动力特性分析 4.1复杂拉索系统的动刚度理论63 4.2复杂拉索体系的统一频率方程64 4.3统一频率方程的解法67 4.4有效性验证69 4.4.1与张紧弦方法比较69 4.4.2与文献计算结果比较70 4.4.3横向元件位置对纯索频率计算结果影响72 4.5实际应用73 4.5.1在拉索动力特性研究中的应用73 4.5.2弹性支撑75 4.5.3集中质量块76 4.5.4阻尼器76第5章 78含填充层的双层复合索 5.1概述78 5.2由黏弹性层连接的双梁系统阻尼特性分析79 5.2.1双梁系统的控制微分方程及其通解80 5.2.2动刚度矩阵的建立82 5.2.3等效阻尼比的计算84 5.2.4黏弹性双梁系统阻尼特性分析85 5.2.5在复合拉索系统设计中的应用91 5.3双梁系统动力特性分析93 5.3.1频率求解94 5.3.2振型分析97 5.4双层索套复合拉索系统动力特性研究102 5.4.1系统横向动刚度矩阵的建立104 5.4.2横向动刚度特性研究109 5.4.3护套拉索系统振动机理分析111 5.4.4系统频率贡献判断流程图114第6章 117复杂吊索系统特性研究 6.1考虑吊索两端约束的吊索动力特性研究117 6.1.1吊索动力分析的基本理论118 6.1.2边界条件对吊索动力特性的影响分析123 6.1.3应用讨论127 6.2双吊索动力分析的横向动刚度理论130 6.3双吊索动力特性影响因素分析134 6.3.1与文献方法比较134 6.3.2索长的影响135 6.3.3抗弯刚度分析136 6.3.4减振支架位置对双吊索系统动力特性的影响137 6.3.5非对称索力的影响138第7章 140多段式索缆系统 7.1概述140 7.2基本理论141 7.2.1动力分析模型141 7.2.2拉索附加索力的推导142 7.2.3索段动刚度矩阵的推导145 7.2.4多段式系统总体刚度矩阵的集组149 7.3实验验证151 7.3.1实验工况介绍151 7.3.2实验结果分析155 7.4实验结果讨论及误差分析162 7.5参数分析165第8章 166悬索桥动力特性分析 8.1基本假定166 8.2结构设计参数167 8.3主梁简化方式169 8.4实桥验证172第三篇 175复杂索缆系统的平均索力及索参数智能 监测与感知第9章 177基于PSO的复杂拉索系统模型修正及参数识别 9.1概述177 9.2模型修正及参数识别177 9.2.1模型修正的基本思路178 9.2.2识别参数的选择178 9.2.3目标函数的选择178 9.2.4PSO优化算法181 9.3拉索参数识别仿真分析193 9.3.1短索193 9.3.2中索194 9.3.3长索195 9.3.4与张紧弦法和考虑抗弯刚度公式法比较197 9.4拉索参数识别的试验验证198 9.4.11号拉索识别199 9.4.22号拉索识别200第10章 203中等长索的索力精确识别 10.1拉索动力分析的横向动刚度理论203 10.2拉索反分析特征函数208 10.3拉索反分析特征函数特性研究208 10.3.1索长影响208 10.3.2拉索横截面面积和单位长度质量的影响211 10.4平均索力及拉索参数的精确感知方法213 10.4.1基于特征函数HI脊线的参数感知方法213 10.4.2索长误差对感知结果的影响214 10.5实索试验验证215 10.5.1拉索试验介绍215 10.5.220m拉索索力及抗弯刚度感知217 10.5.3168m拉索索力及抗弯刚度感知220第11章 222短吊索索力及参数精确识别 11.1考虑吊索锚固区影响的三节段吊索动力分析 模型222 11.2短吊索反分析特征函数223 11.3锚固区参数对吊索模态参数的影响分析224 11.3.1锚固区抗弯刚度的影响224 11.3.2锚固区线质量的影响225 11.3.3锚固区长度在吊索中所占比重的影响227 11.4短吊索索力及吊索参数的精确感知方法228 11.4.1面向服役期吊索的PSO索力精确感知 方法229 11.4.2面向工程或实时在线监测环境的实用 公式法229 11.5方法验证231 11.5.1PSO优化算法感知效果验证231 11.5.2实用公式法验证232 11.5.3实索试验验证233第12章 236索缆悬吊系统索力及参数精确识别 12.1索缆悬吊结构动力分析模型236 12.2索缆悬吊结构主缆反分析特征函数237 12.3主缆索力及主缆参数的精确感知方法238 12.4实索试验验证240 12.4.1实索试验介绍240 12.4.2悬吊主缆索力及参数感知241第13章 246交通荷载对悬索桥动力特性的影响分析—— 涡振后的交通管制决策启示 13.1概述246 13.2考虑交通荷载的悬索桥动力学模型248 13.2.1单梁悬索桥模型： 交通荷载作为附加均匀 质量248 13.2.2双梁悬索桥模型： 交通荷载作为柔性副梁249 13.3悬索桥动力特性求解250 13.3.1单梁模型模态阻尼比的显式解250 13.3.2双梁模型模态阻尼比的显式解251 13.3.3无阻尼模态频率ω的求解253 13.4交通荷载对动力特性的影响254 13.4.1验证单梁模型的动力特性解255 13.4.2交通荷载对动力特性的影响256 13.4.3现场监测数据验证257 13.5关于交通管理决策的讨论260第四篇 261复杂索缆系统的在线疲劳状态智慧感知与 寿命预测第14章 263拉索时变索力在线实时智慧感知 14.1概述263 14.2时变频率的智能感知264 14.2.1块递推APES法介绍264 14.2.2时变频率智能获取方法265 14.3时变索力感知266 14.3.1时变索力拟合方法266 14.3.2时变索力公式拟合266 14.3.3时变索力智慧感知流程270 14.4实桥拉索验证271 14.4.1工程背景271 14.4.2拉索时变频率智能感知272 14.4.3拉索时变索力公式拟合275 14.4.4时变索力感知279第15章 283拉索振动附加索力的在线智慧感知 15.1概述283 15.2基于非线性分析的振动附加索力感知方法283 15.3参数分析及简化公式286 15.3.1Irevin参数λ对振动附加刚度的影响287 15.3.2频率和观测点相对位置对振动附加刚度的 影响287 15.3.3振动附加索力简化公式289 15.4实索振动附加索力感知289第16章 293拉索全场域动力响应和内力在线智慧感知 16.1概述293 16.2拉索全场域动力响应感知293 16.2.1振型叠加法293 16.2.2拉索振型函数294 16.2.3动力响应感知方法299 16.2.4数值方法验证299 16.2.5实索试验验证314 16.3拉索全场域内等效节点荷载感知317 16.3.1基本原理317 16.3.2数值方法验证318 16.4拉索全场域内截面内力及应力感知322 16.4.1弯曲内力及应力感知方法322 16.4.2数值方法验证324第17章 327拉索在线疲劳状态智慧感知与寿命预测 17.1概述327 17.2拉索疲劳荷载328 17.3拉索疲劳应力谱的获取328 17.4疲劳寿命预测方法329 17.4.1拉索SN曲线329 17.4.2变幅荷载作用下的疲劳寿命331 17.5工程案例分析332 17.5.1工程背景介绍332 17.5.2疲劳荷载在线获取332 17.5.3疲劳荷载谱在线获取334 17.5.4应力循环统计336 17.5.5拉索截面整体疲劳寿命预测339 17.5.6拉索截面索丝疲劳寿命预测342 17.5.7拉索不同截面索丝疲劳结果的讨论344 17.6拉索长期监测的在线疲劳状态智慧感知及 寿命预测策略345 17.6.1在线疲劳状态智慧感知和寿命预测方案345 17.6.2拉索监测及检测需求346第18章 347复杂拉索体系动力分析及智慧监测工具箱的 初步开发与应用 18.1概述347 18.2复杂拉索系统动力特性分析工具箱347 18.2.1复杂拉索系统的关键分析理论347 18.2.2工具箱构成情况及范式设计348 18.2.3GUI人机交互程序介绍351 18.3复杂拉索系统模型修正及参数识别工具箱353 18.3.1复杂拉索系统参数识别理论基础353 18.3.2工具箱构成情况及范式设计353 18.3.3GUI人机交互程序介绍355 18.4智慧监测工具箱开发357 18.5在线方案358 参考文献361 附录372