索塔周日变形特性研究及其应用
基于数字图像相关法的索力识别综述_1
基于数字图像相关法的索力识别综述发布时间：2021-11-11T07:56:40.059Z 来源：《中国科技人才》2021年第23期作者：胡园苟晨铭练城凌刘磊[导读] 数字图像相关（Digital Image Correlation，DIC）技术，运用双目相机和计算机图像视觉处理算法，对待测物体的散斑图像进行处理，对因受力而产生变形的物体进行测量识别。
目前这一项技术主要应用于物体的变形、移动、应变、模态分析等。
重庆科技学院重庆 401331摘要：拉索、吊索等是缆索桥梁的关键承重部件，由于多种因素的影响，会出现程度不一的腐蚀、开裂、内部钢丝断裂等问题，这些将直接影响到桥梁的安全。
为了降低因拉索损伤出现威胁到桥梁安全的情况，对于拉索检测有着极高的要求，随着计算机图像处理技术与光学技术的不断发展，非接触式测量在时效性、便捷性、准确性等方面具有更高优势。
关键词：非接触式；图像处理；数字图像相关法；索力识别引言数字图像相关（Digital Image Correlation，DIC）技术，运用双目相机和计算机图像视觉处理算法，对待测物体的散斑图像进行处理，对因受力而产生变形的物体进行测量识别。
目前这一项技术主要应用于物体的变形、移动、应变、模态分析等。
DIC（数字图像相关法）技术是一种非接触式测量技术，有着如下的优点：适应环境的能力强，自动化程度高、准确性高、经济效益好等。
其被广泛的应用于各个行业：如工业、农业、航空航天、生物医疗、工程、材料、力学等领域。
而DIC技术也在土木工程领域中表现出了极大的应用价值，有学者以及研究团队提出了基于DIC技术的测量方法，将其应用于斜拉桥的索力识别当中，取得了一定的研究成果。
1.概述桥梁结构整体从一开始就必须要考虑安全性问题，从设计、施工到运营维护阶段都需要对整个结构体系进行非常准确的一个受力评估与健康检测，这样才能依据可靠的数据进行安全保障。
其中，在缆索承重桥梁结构的使用当中，其关键受拉构件如拉索，吊索等非常容易产生强度下降，因为会受到环境腐蚀、疲劳损伤、振动等，会威胁到桥梁的运营安全[1]。
索塔数对多塔悬索桥力学性能的影响
索塔数对多塔悬索桥力学性能的影响周云岗【摘要】基于ANSYS平台,建立3至6塔主跨跨径为1 400 m的多塔悬索桥有限元计算模型,研究索塔数对多塔悬索桥静力特性、动力特性和静力稳定性的影响特点,探讨其对多塔悬索桥活载挠度、塔顶纵向位移及主缆抗滑移性能等关键力学问题的影响特征.结果表明:索塔数由3塔增至6塔时,塔根弯矩最大增大240％,主梁弯矩最大增大18％,主缆抗滑移系数最大减小11％,中间塔顶位移减小2％,一阶弹性稳定系数最大下降6.8％,颤振稳定性指数最大增加8.5％;主梁边跨竖向挠度比中间跨小40％左右,且中间跨挠度相近;索塔数对中间索塔受力影响显著.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2015(041)002【总页数】5页(P137-141)【关键词】多塔悬索桥;索塔数;连跨数;力学特性;关键力学问题【作者】周云岗【作者单位】同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU311;U448.25悬索桥因其超强的跨越能力,在超大跨径桥梁领域中占主导地位.研究[1]表明,考虑主缆的材料强度折减后,悬索桥极限跨径能达到5~6 km,但主跨跨径超过2 km时,必须采用相应措施来提高其气动稳定性.21世纪,跨江跨海大桥成为人类的梦想和挑战,而这些天堑远远超出传统双塔悬索桥的跨越能力,因此多塔悬索桥[2]应运而生,成为未来桥梁发展的一个重要方向.当前,中国在大跨径多塔悬索桥领域已有建树，已建或在建多座多塔悬索桥[3].文献[4]应用重力刚度法探讨了跨数和中塔刚度对超大跨径悬索桥的刚度影响特征.文献[5]探讨了矢跨比、中塔刚度、加劲肋高度及支承体系等参数对3塔悬索桥静力特性的影响.文献[6,7]分别研究了加劲梁刚度、塔梁间设置弹性约束和中央扣对3塔悬索桥动力特性的影响.文献[8,9]研究了3塔悬索桥地震响应特征.文献[10]研究3塔悬索桥施工过程和运营阶段的抗风稳定性.文献[11]探讨了多跨悬索桥的部分设计问题.文献[12]分析了4跨悬索桥的结构特征,包括中塔刚度对动力特性的影响,索距对桥梁静力特性的影响等.上述研究较全面地探讨了3塔悬索桥的力学特性和抗风、抗震性能,4塔及以上的相对较少.基于ANSYS平台,建立3至6塔悬索桥有限元分析模型,通过对比分析,研究索塔数对其静力性能、动力性能和静力稳定性的影响特点,并探讨其关键力学参数[13]的变化特征.根据传统大跨径悬索桥的工程实例及科研成果,拟定3~6塔悬索桥的总体布置方案，如图 1所示.考虑结构对称性,图中仅示出左半桥.考虑可比性,各方案跨径相等,边跨均为420 m,主跨均为1 400 m.主梁和索塔典型断面如图 2所示.主梁采用流线型扁平钢箱梁,塔根处主梁的轴力较大,主梁板厚适当加厚.索塔采用横桥向门式,纵桥向直立单柱式;边塔以受压为主,采用全混凝土结构;中塔以压弯为主,采用全钢结构;索塔高度根据通航及主缆矢跨比确定,边、中塔总高度及桥面以上高度相同.索塔截面形式为单室箱型,纵、横桥向宽度均由塔顶至塔底线性增加.采用单主梁模式建立ANSYS分析模型.3塔悬索桥计算模型如图 3所示.主梁和索塔采用空间梁单元(Beam44)模拟,吊索与主梁之间通过刚性杆相连,吊索采用只受拉杆多段杆单元(link10)模拟.塔、梁之间耦合横向自由度.结构荷载设计值参照苏通长江大桥、泰州长江大桥和舟山连岛工程等大型桥梁的设计条件确定：一期恒载按容重确定,二期恒载按70 kN/m考虑.缆索承重桥属柔性结构,且跨径越大越显著.计算结果表明：恒载、活载、均匀升降温以及极限静阵风等工况的作用效应占主导地位,能较全面地体现缆索承重桥梁的力学特性.图 4中示出主梁主跨和索塔编号,以利于表述.恒载作用下,结构处于平衡状态,索塔纵向无变形,结构受力状态与传统双塔悬索桥相同,即内力和变形与索塔数无关.活载作用下,主梁和索塔的活载效应包络图基本重合,与索塔数无关,表明索塔数增多时,非相邻主跨之间相互影响较小.均匀升温作用下,索塔数增多时,除塔支承处,主梁弯矩普遍增大.计算结果表明,主梁在边主跨1/4处和②号塔处的温度弯矩较为显著,变化趋势如图 5所示.主梁弯矩在边主跨1/4处按约18%递增.在②号塔处,对于3塔为对称中心,缆索系统伸长,将承担的荷载转移给主梁;而4塔及以上,缆索系统约束主梁纵向伸长,其荷载转移没有3塔显著,故该位置主梁弯矩先减小,然后按约6%增大.索塔数增多时,①号塔塔根弯矩略有减小,②、③号塔显著增大,最大达240%,如图6所示.在极限静纵风和极限静横风作用下,主梁内力基本相等.索塔数增多时,极限静纵风作用下,索塔内力增大.如图7所示，其中②号塔较为显著,4塔比3塔增大约27%,其它约7%.通过比较发现,对结构内力状态而言,索塔数增加,对索塔影响较大(特别是中间索塔),而对主梁影响相对较小.主梁竖向挠度和中塔主缆抗滑移系数是多塔悬索桥关键力学参数.另外,中间索塔塔顶活载纵向位移也是反映关键力学问题的重要参数.索塔数增加时,结构更加柔细化,对上述参数产生影响.计算表明,索塔数增加时,3至6塔悬索桥对应主跨的主梁挠度相差较小.下面以6塔方案为代表,对比不同主跨主梁挠度,考察索塔数的影响.如图8所示,主梁第一主跨竖向挠度比二、三主跨小约39%,而横向挠度比二、三主跨大约35%.第二、三之间相差不超过8%,与连续梁特征相似.塔顶纵向位移如图9所示.索塔数增加时,边塔位移略有增大,中塔略有减小,均不超过2%.另外,索塔距对称中心越近,塔顶纵向位移越大.图10为主缆抗滑移系数图.索塔数增加时,②号塔主缆抗滑移系数依次下降11%,2%,2%左右；③号塔下降4%左右,下降幅度不断减小,最终趋于稳定.究其原因,如图 11所示,索塔数增加时,有效加载区域增多,抗滑移系数最不利影响区面积增大,所以主缆抗滑移性能下降;又因为加载区域远离考察的索塔时,影响区面积很小,所以主缆抗滑移系数下降速度变小.另外,②号塔主缆抗滑移系数比③号塔大约10%,这体现了结构柔性特征.加载跨主缆跨径变小,而非加载跨变大,使索塔两侧主缆的不平衡力变小,抗滑移性能变优.显然,③号塔较②号塔显著.多塔悬索桥一阶弹性屈曲主要表现为中间索塔面外侧向弯曲失稳,且所有中间索塔基本同时失稳.以5塔悬索桥为例,多塔悬索桥一阶失稳模态如图12所示.计算表明,各方案在恒载加横风加全桥均布荷载作用下,结构一阶弹性稳定系数最小.3~6塔悬索桥稳定系数变化趋势如图13所示.索塔数增加时,结构一阶弹性稳定系数降低,结构稳定性变差,相对3塔悬索桥,4~6塔依次减小3.8%,0.4%和2.2%.采用空间动力有限元分析,多塔悬索桥各方案在成桥状态下的典型动力特性如表 1所示.索塔数增加时,结构竖向和横向一阶反对称弯曲频率值相差不大,但出现的先后次序不同,由竖向先出现转为横向.一阶反对称扭转频率逐渐减小,4~6塔依次减小5.7%,1.8%和1.0%.按《公路桥梁抗风设计规范》对各方案的颤振特征参数进行计算,其值如图14所示.索塔数增加时,结构扭弯频率比略有减小,而颤振稳定指数逐渐增大,4~6塔依次增大8.5%,4.7%和0.7%.可见,结构抗风要求随索塔数增多而逐渐提高.1) 索塔数对中间索塔内力影响显著,特别是温度效应；而对主梁内力影响较小,边主跨1/4处和塔支承处较为明显.2) 索塔数对主梁挠度影响较小,中间主跨挠度相近,且远大于边主跨;主缆抗滑移性能下降.3) 索塔数增加时,结构静力稳定性下降,抗风要求提高.4) 4塔及以上悬索桥结构的力学特性差异较小,且逐渐趋于稳定.【相关文献】[1] 项海帆,葛耀君.悬索桥跨径的空气动力极限 [J].土木工程学报,2005,38(1):60-70.[2] 杨进.多塔多跨悬索桥应用于海峡长桥建设的技术可行性与技术优势 [J].桥梁建设,2009(2):36-39.[3] 杨进.中国大陆创建多塔大跨度悬索桥的工程进展 [J].桥梁建设,2009(6):39-41.[4] 郑凯锋,栗怀广,胥润东.连续超大跨悬索桥的刚度特征 [J].西南交通大学学报,2009,44(3):342-346.[5] 陈策,钟建驰.三塔悬索桥垂跨比变化对结构静动力特性的影响 [J].桥梁建设,2008(6):12-14.[6] 焦常科,李爱群,王浩.3塔悬索桥动力特征参数分析 [J].公路交通科技,2010,27(4):51-55.[7] 邹科官,王浩,梁书亭.中央扣对三塔悬索桥动力特性的影响 [J].建筑科学与工程学报,2009,26(4):49-53.[8] 焦常科,李爱群.非弹性连接对三塔悬索桥地震响应的影响 [J].中国公路学报,2013,26(1):98-105.[9] 邓育林,雷凡,何雄君.纵向地震作用下大跨三塔悬索桥伸缩缝处双边碰撞效应研究 [J].振动与冲击,2013,32(12):126-130.[10] 张新军,陈兰,赵孝平.三塔悬索桥的缆索体系及其抗风稳定性 [J].浙江工业大学学报,2010,38(4):437-441.[11] FORSBERG T.Multi-span suspension bridges [J].International Journal of Steel Structure,2001,1(1):63-73.[12] OSAMU Yoshida, MOTOI Okuda, TAKEO Moriya.Structural characteristics andapplicability of four-span suspension bridge [J].Journal of BridgeEngineering,2004,9(5):453-463.[13] 杨进.泰州长江公路大桥主桥三塔悬索桥方案设计的技术理念 [J].桥梁建设,2007(3):33-35.。
斜拉桥索塔锚固区空间预应力体系模型试验论文
斜拉桥索塔锚固区空间预应力体系模型试验【摘要】通过对金江金沙江斜拉桥索塔锚固区进行试验，研究空间预应力体系设计与施工控制要点，并在施工中结合试验结果完善优化设计，以指导斜拉桥关键受力区域施工，保证结构施工质量和成桥后结构安全。
【关键词】斜拉桥、索塔、锚固区、空间预应力、试验、施工1 引言目前国家投入了大量资金进行基础建设，许多跨大江、大河的桥梁工程特别是跨越能力较大的斜拉桥工程得以修建，使我国的桥梁建造水平不断提高，积累了丰富的设计、施工、监控、检测等宝贵经验，也培养了许多优秀的科技人才。
而斜拉桥索塔的拉索锚固区是斜拉桥的重要结构部位, 需将拉索的强大局部集中力安全、均匀地传递到塔柱, 其构造及受力相当复杂, 特别是拉索局部强大集中力及预应力钢束锚固力的作用, 对结构变形和应力的分布影响很大，单纯的力学分析难以全面反映结构的实际工作状态和应力分布。
为此, 最直接、有效的方法是采用足尺模型, 进行模拟力学加载试验验证以指导施工，这也是目前国内大跨度斜拉桥较通行的做法。
2 工程概况西(昌)—攀(枝花)高速公路金江金沙江大桥为主跨324m的双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，索塔采用“h”形索塔、空心薄壁箱型截面，索塔分上塔柱、中塔柱、下塔柱及塔墩四个区段，混凝土设计强度为c50。
上塔柱为斜拉索的锚固区段, 斜拉索通过锚块锚固于其内壁上。
上塔柱截面型式为单箱室，截面尺寸为顺桥向6.2m,横桥向4.0m，壁厚顺桥向为1.0m，横桥向为0.8m。
斜拉索单索锚固区节段长度自低向高由疏渐密，顶部最短至1.08m左右（25号索），它也是施工期最大索力（约5300 kn）所在节段。
受斜拉索索力的斜向作用，索塔锚固区为空间受力的结构部位，设计在其环向布置有沿长边开口的u形预应力束，以平衡斜拉索的水平分力，环向的最小曲率半径为1.6m。
预应力束筋采用φj15.24高强低松弛钢绞线,标准强度1860m pa,锚具采用群锚15-15型，孔道采用塑料波纹管，压浆采用真空吸浆技术以保证压浆密实。
斜拉桥-独塔单索面非对称斜拉桥研究资料
1 绪论1.1 课题研究背景斜拉桥是一种由塔、梁、索3 种基本构件组成的高次超静定组合桥梁结构体系[1]。
斜拉桥的桥面体系是以主梁受压或受弯为主，而其支承体系是以拉索受拉和索塔受压为主。
斜拉索由桥塔上部引出并多点弹性支承于桥跨，这样的结构形式使斜拉桥的主梁受力类似于连续梁，从而大大降低了主梁截面弯矩，有效地提高了主梁的跨越能力。
从斜拉桥的结构形式和主梁、索塔、斜拉索三大构件的受力特征看，斜拉桥具有形式多样、造型美观，主梁高度不高、优良的跨越能力等特点；斜拉桥的设计结构特点包括计算机结构分析和计算、高次超静定结构、应用有限单元法；与其它桥型相比，斜拉桥的特性包括：斜拉桥是跨径250m~600m 的最合适桥型，而斜拉跨径600m~1000m 时，斜拉桥是仅次于悬索桥的合适桥型[2]。
由于斜拉桥的种种优点，斜拉桥已广泛应用于现代城市桥梁和大跨度桥梁的建设当中。
然而，在斜拉桥的运营过程中，由于频繁承载甚至承受超载，加上长期的自然侵袭以及人为事故造成的损坏，斜拉桥会产生各种病害。
随着服役年限的增长，桥梁发生病害的部位会越来越多，损坏程度也会越来越严重另一方面，在结构上来说，斜拉桥属于柔性结构，在风力、地震力其他自然及人为的动力影响时容易发生振动，这些振动对于斜拉桥的受力来说是不利的。
斜拉索是斜拉桥的核心组成部分，现用的斜拉索绝大多数为钢制斜拉索，但钢斜拉索存在很多问题，如振颤、防腐、锚固点的应力疲劳等。
其中斜拉索及其锚具的防腐问题尤为显著，由于斜拉索锈蚀而导致斜拉桥被迫换索已经占到了相当高的比例[4]。
对于已建斜拉桥，在其营运过程中某些构件损坏尤其是斜拉索损伤会导致桥梁极限承载能力的降低甚至导致突然坠毁事故，这些问题给人们生活和社会稳定带来极大的安全隐患。
因此，对既有营运斜拉桥病害检测及加固研究工作显得尤为必要。
1.2 国内外研究现状1.2.1 斜拉桥病害检测研究现状早在20 世纪50年代开始，人们就开始着手研究桥梁损伤问题，进入70 年代之后，桥梁检测工作已经被运用于桥梁工程，用来评定桥梁的成桥质量。
变形监测的理论与方法(黄声享)
实时性：在监控中心，实时反映各监测点三维方向的位移 自动化：整个系统监测过程的全自动，不要人工值守，变 形分析过程全自动化 连续性：观测数据连续性，数据处理按每间隔6h或2h提供 一次解算结果，数据处理结果在整个时间序列中具有连续 性，变形分析对应为连续性 智能化：实时性和自动化的需求，整个变形分析系统所采 用的分析工具（方法）要求成熟的专家知识，实现人工智 能和计算智能 可靠性：变形监测成果是供大坝安全性作决策的，因此， 变形分析结果必须准确、可靠 另外，系统还应具有较好的延伸功能，包括软件系统的可 扩展性、安全性、可维护性和个性化需求
1 变形监测工作及其意义 2 变形监测技术 3 变形监测资料的预处理 4 监测基准与稳定性 5 变形分析与建模
1 变形监测工作及其意义 变形监测就是利用测量与专用仪器和 方法对变形体的变形现象进行监视观 测的工作。其任务是确定在各种荷载 和外力作用下，变形体的形状、大小 及位置变化的空间状态和时间特征。
GPS动态监测—监测结果
20 10 0 -10 -20 0 256 512 768 1024 1280 1536 监测点
变化量/mm
1792
2048
20 10 0 -10 -20 0 256 512 768 1024 1280 1536
变化量/mm
参考点
1792
2048
参考点与监测点在x方向的时程曲线对比
主 要 内 容
1 变形监测工作及其意义 2 变形监测技术 3 变形监测资料的预处理 4 监测基准与稳定性 5 变形分析与建模
2 变形监测技术
变形监测的内容
获取变形几何量
水平位移、垂直位移以及偏距、倾斜、扰度、 弯曲、扭转、震动、裂缝等。
大跨悬索桥塔梁纵向位移控制阻尼器病害分析查兰清
大跨悬索桥塔梁纵向位移控制阻尼器病害分析查兰清发布时间：2023-05-15T12:21:05.324Z 来源：《建筑模拟》2023年第1期作者：查兰清[导读] 以一座大跨悬索桥为研究对象，结合桥梁塔柱与梁柱节点上的纵波阻尼器的设计替换，选取其工作特性和维护改善实例进行了深入的研究。
重点研究其使用过程中出现的损伤成因，给出减震装置的优化设计，同时，将减震装置改造前和改造后的测试结果进行比较，研究减震装置改造前和改造后的结构变形规律。
该项目的开展将为同类大跨度钢箱梁的设计、安装和维护等工作奠定基础。
贵州省公路工程集团有限公司贵州贵阳 550000摘要：以一座大跨悬索桥为研究对象，结合桥梁塔柱与梁柱节点上的纵波阻尼器的设计替换，选取其工作特性和维护改善实例进行了深入的研究。
重点研究其使用过程中出现的损伤成因，给出减震装置的优化设计，同时，将减震装置改造前和改造后的测试结果进行比较，研究减震装置改造前和改造后的结构变形规律。
该项目的开展将为同类大跨度钢箱梁的设计、安装和维护等工作奠定基础。
关键字：大跨索桥；相对位移量；阻尼器大跨悬索桥在长期受风、车辆、地震及温度等因素的影响下，会发生很大的纵向变形。
纵坡变形太大，将严重制约大桥的安全运行和使用。
在悬索桥中，经常会在桥梁的塔梁之间设置一种纵剪，以减小主塔的纵剪。
目前最常见的两种减震设备有：一种是弹性拉索，另一种是纵梁减震。
弹性拉索是一种能够降低桥面纵振、提高行驶平稳性的新型拉索，但是在拉索上施加的过多的拉索会引起桥面的内力增加。
当采用不同的技术指标时，可以使该结构在动态载荷下达到较好的减振耗能效果。
一系列的工作结果显示，在大跨度悬索桥上安装一种新型的粘滞阻尼器，可以有效地控制大跨度悬索桥的纵向漂移，增强其地震反应，改善其伸缩性，进而达到延长其使用年限的目的。
1 大跨度悬索桥纵向阻尼器病害1.1工程概况某悬索桥，索塔为复合式，塔高228.4米，跨度南北方向分别为576.2米+1418米+481.8米，总跨度2476米，在国内外尚属首创。
刘家峡黄河特大桥岩体力学特性分析
变形 特性 指标 。试验时采用直径 ５ ｍ厚 ７ ｃ ０ｅ ｍ的钢制 圆形 承压 板， 试验采用逐级循 环加 压法 ， 五级压力进 行试 验 ， 验成果 见 分 试
表 １ 岩 体 变 形 试 验成 果 汇 总 表
试 点 编 号 试 点位 置 岩性特征 变 形 模 量
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第３ ７卷 第 ２ ２期 １ ０ ・ ２０ １１年 ８ 月 ９
山 西 建 筑
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Ｖｏ ． ７ Ｎｏ． １３ ２２ Ａｕ ． ２０１ ｇ １
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （ ０ １ ２ — １０ ０ １０ —８ ５ ２ １ ） ２０ ９ — ３
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由上述所 得经验公式可看 出： 在北京地 区 的地 铁隧 道冻结 法 施工 中 ， 采用粉细砂层作 为冻结壁 施工 中临时承受 上覆 地压 的承
载体 时 ， 影响地表沉 降的因素 主要 是冻结 壁暴露段 长和 暴露段 的 暴露 时间。其 中 ， 冻结壁 的暴露段 长对 地表沉降 的影响更大些 。
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［ ］ 陶龙 光 ， １ 巴肇 伦． 市地 下 工程 ［ ． 京 ： 学 出版社 ， 城 Ｍ］ 北 科
上 式基本上反 映了地 表测点沉降变形 的特 征 ， 变形 量与冻 此 １９ ・ ９ ６ 结壁暴 露段长 ， 露时间的数值成 正 比关 系。当冻结 壁暴 露时 间 ［ 翁家杰・ 暴 ２ ３ 井巷 特 殊 工程 ［ ・ 京 ： 国矿 业 大 学 出版社 ， Ｍ］ 北 中
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桥梁索塔动态特性监测系统设计
桥梁索塔动态特性监测系统设计一、桥梁索塔动态特性监测系统概述桥梁作为重要的交通基础设施，其安全性和稳定性直接关系到人民的生命财产安全。
桥梁索塔作为桥梁结构的重要组成部分，其动态特性的监测对于确保桥梁安全运行至关重要。
随着现代桥梁结构的日益复杂化和大型化，传统的监测手段已经无法满足对桥梁索塔动态特性监测的需求。
因此，设计一个高效、准确的桥梁索塔动态特性监测系统显得尤为重要。
1.1 桥梁索塔动态特性监测系统的核心特性桥梁索塔动态特性监测系统的核心特性主要包括实时性、准确性、稳定性和智能化。
实时性是指系统能够实时监测桥梁索塔的动态变化，及时发现异常情况。
准确性是指系统能够准确捕捉桥梁索塔的动态响应，为分析和评估提供可靠的数据。
稳定性是指系统在各种环境条件下都能稳定运行，保证数据的连续性和完整性。
智能化是指系统能够自动分析监测数据，提供决策支持。
1.2 桥梁索塔动态特性监测系统的应用场景桥梁索塔动态特性监测系统的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 桥梁健康监测：实时监测桥梁索塔的动态响应，评估桥梁的健康状况，及时发现潜在的结构问题。
- 灾害预警：在地震、台风等自然灾害发生时，监测桥梁索塔的动态响应，评估灾害对桥梁的影响，为灾害预警和应急响应提供依据。
- 交通荷载分析：监测桥梁索塔在交通荷载作用下的动态响应，分析交通荷载对桥梁的影响，为交通管理和桥梁维护提供数据支持。
- 桥梁设计优化：通过监测桥梁索塔的动态特性，为桥梁设计提供参考数据，优化桥梁设计，提高桥梁的安全性和经济性。
二、桥梁索塔动态特性监测系统的构建桥梁索塔动态特性监测系统的构建是一个系统工程，需要综合考虑监测设备、数据采集、数据处理、数据分析等多个方面。
2.1 监测设备的选择与布置监测设备是桥梁索塔动态特性监测系统的基础，其选择和布置直接影响监测数据的质量和系统的可靠性。
常用的监测设备包括加速度计、位移传感器、应变计、温度传感器等。
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量测系统及精度预估
测量系统
南京长江第二大桥南汊桥南端塔柱， 在塔顶埋设三个强制对中底盘 "# ， "! ， ## ! 其中 "# ， "! 放置全站仪 棱镜， 供 .3!""2 全站仪测量；## 放置 0-4.534 $#! +,- 接收机扼颈圈天线 ! 在离江岸约 #%" * 处的三层高 楼顶布置基准站 "" ， 且 "" ， #" ! "" 点架设 .3!""2， #" 点架设 $#! 固定站 ， #" 均由高精度施工控制网测定点位 坐标 ! 由 "" 点每隔 # 6 以 .3!""2 极坐标法测定 "# ， "! 点的坐标 ! #" 点和 ## 点上的 +,- 定位仪采用静态跟踪 观测 ! 采样间隔 " ! ! 7， 接收到卫星不小于 % 颗， 分 ) 个观测时间段， 即 ) 月 % 日： #( 8 "" 9 !" 8 ""， ) 月 1 日： ) 8 "" 每半小时观测一次气温及一分钟风速平均值和风向 ! 9 1 8 ""， ## 8 "" 9 #2 8 ""， #1 8 "" 9 #( 8 "" ! 此外， !"# 精度预估 按极坐标计算公式， 可得 "# ， "! 两点 % ， & 方向坐标的精度为
第 !$ 卷第 1 期 !""# 年 ## 月
河 海 大 学 学 报 CDEFG0H DI 4D40J EGJK5F-J.L
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索塔周日变形特性研究及其应用
黄 腾， 岳东杰， 赵 刚
!#""$(） （河海大学土木工程学院， 江苏 南京
摘要： 根据南京长江第二大桥 #$% ’ )# * 高的斜拉桥索塔柱的实测变形值， 研究了温度、 日照和风速 等因素作用对塔柱变形的量值 ’ 利用 +,- 定位系统动态监测塔柱在风荷作用下的振动特性 ’ 对大 桥钢箱梁的定位和安装起到一定的指导意义 ’ 关键词： 塔柱变形； 动态监测； 振动特性； 钢箱梁定位 中图分类号： ./!! 文献标识码： 0 文章编号： （!""#） #"""! #$(" "1 !""21!"%
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由分析结果知复相关系数均在 ’ ! : 以上， 方程的效果是显著的， 由它们描述 03 ， 0( 两点周日变形规律是 有效的 ! 回归中误差 " 主要反映了观测误差 ! " 最大为 . ! * ++ ! 塔柱 $ 方向 （南北方向） 的 +$， 表明此方向受日照、 热辐射作用产生的周日变形明 +6， +%， + 7 系数值较大， 显地大于东、 西方向的周日变形 ! 在大桥钢箱梁的安装及缆索张紧时将带来十分不利的影响， 施工中应采取 必要的措施或尽可能避开变形较大的时间段进行 ! !"6 温度与风压 按模型 （.） （$） 进行最小二乘 （ ;#） 处理， 求得的协因数阵表明， 气温与日照热辐射因子间相关系数显著 ! 而风压与上述两因子间的相关系数很小， 这是由于风速的随机分布性， 没有周日的变化规律， 因此可以认为 塔柱的变形可分解为两部分， 即辐射变化分量 （气温、 日照等） 和风压作用分 是一种独立的作用分量 ! 对此， 量 ! 可求得两种分量在各时刻对应之值， 如表 ( 所示 ! 由表 ( 知塔柱周日变形在本次观测时间段内主要是温
) * )) )"+ ) " ), #) " % $ " /,
风速 （ ・ $ & ( ） 位移 $ &&
温度及热 温度 $ 0 辐射分量 位移 $ &&
图 , 所示为 %# 点因温度和热辐射产生的周日变形过程线 " 由过程线可知塔体南北方向因温度变化的位 塔体受温度作用而产生的变形甚微， 总的变幅仅 + 移要比东西方向显著得多 " 晚上 #) * )) 到凌晨 % * )) 期间， 每小时的变化量 ! 1 #) && " 要确保桥轴线方向钢箱梁安装误 1 $ && " 其它时间段内塔柱顶部位移变化剧烈， 差不大于 2 " &&， 则选择晚上 #) * )) 至凌晨 % * )) 期间进行是最佳时间段， 在此时间段施工安装， 塔柱本身因 温度和辐射热产生的变化较小， 对施工有利 " 而在其它时间段， 如果没有对塔体随时间变化进行有效的修正， 是不宜安装的 "
收稿日期： !""" #! ! !"# 作者简介： 黄腾 （#$%& —） ， 男， 江苏南京人， 高级工程师， 硕士， 主要从事精密工程测量研究 ’
第 (: 卷第 % 期
黄
腾， 等
索塔周日变形特性研究及其应用
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每个时段的观测值中， 不仅包含本身的定位误差， 而且受到风振及日照 !"# 定位精度的估计比较复杂， 在评价 !"# 定位精度时， 选取风速很小的时 周日变形的影响 ! 为了有效分离风振及日照对观测值的影响， 段， 如 $ 月 % 日 $ & ’’ 至 % & ’’， 观测到的平均风速在 ’ ! ( ) ’ ! * + , - ! 此外， 在此时段内， 塔柱顶部的位移， 每小时 大约 ( ) . ++ ! 取此时段为准， 以 . +/0 为一节， 计算每节平均值， 求出对应的定位值中误差， 从而极大地减弱 风振及周日变形的影响 ! 经大量的数据分析， 可估计出此值约为 " 1 2 . ! $ ++ !
（.） （$）
. % -/0( - ( . 7 45- - -/0 ( - & !* / ($ 式中： — —风向与 $ 轴的夹角； — —气温， — —风速， — —观测的时刻 ! ’— 8； )— + , -； */ — !— 由于 3 （ - ( "3）( 0( 45（( - ( "(）& + $ -/0 - ( + 6 45- - ( + % -/0( - ( + 7 -/0 - 45- - & 03 45( ( 3 ( （ !* / ( "3）( 0( 45（ !* / ( "(） 03 45( ($ 3( 因此， 此式考虑了热辐射及日照的周日和半周日作用分量 ! !"! 塔柱的周日变形模型
表! #$%&’ !
时 风压分量 刻
-#
!" 点不同时刻变形值的分解
(’)*+,*-./.*0 *1 2’1*3+$/.*0 4$&5’ $/ ,*.0/ !" $/ 2.11’3’0/ +*+’0/+ * )) #") ) " )" #) " % $ " /$ % * )) )"% ) " )$ #) " . " " #) ! * )) #"! ) " ## #+ " ! / " "% #) * )) )". ) " )$ #! " + ! " "+ #, * )) $"% ) " ", ,, " # . " +/ #$ * )) #"% ) " ). ,# " ) ! " ., #% * )) ,"# ) " #/ ,) " # / " ,. #! * )) $"$ ) " $% #! " $ % " $) ,) * )) +". ) " +% #% " ) " " %, ,, * )) #"# ) " )% #+ " ) " " )+
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回归方程系数
)*(++,-,(./0 *+ 1(21(00,3( (45%/,*.
+（ $ .$ ） . ! :’6 ( 9 ’ ! 673 $ $ ! 6%% * 9 ’ ! $%% 6 +（ 6 .6 ） 9 3 ! ’:$ ’ 9 ’ ! .3* % 9 3 ! $76 6 9 ’ ! $(7 7 +（ % .% ） ( ! .(( $ 9 ’ ! 73( ’ ( ! *63 . 9 ’ ! %%( : +（ 7 .7 ） 9 ’ ! .$$ ( 9 ’ ! %’7 $ 9 ’ ! 6’( 6 9 ’ ! 76’ * " 2 4+ ’ ! .* ’ ! (: ’ ! .$ ’ ! .% 1 ’ ! :6 ’ ! :( ’ ! :6 ’ ! :’