刚性系杆拱桥动力特征参数与损伤的关系.docx

刚性系杆拱桥动力特征参数与损伤的关系
摘要：
刚性系杆拱桥也称为钢拱桥，是目前应用最广泛的桥梁形式之一。这种结构采用了高强度钢材作为主要材料，拥有较好的刚度和强度，同时具有较好的运营性能。本文主要研究刚性系杆拱桥的动力特征参数与损伤之间的关系。通过对模型进行数值分析，得出了刚性系杆拱桥频率、阻尼、速度等相关参数与损伤的关系，为桥梁维护和修复提供了理论基础。
关键词：刚性系杆拱桥；动力特征参数；损伤；数值分析
1.引言
刚性系杆拱桥是一种具有较好工程性能的结构形式，广泛应用于桥梁工程中。其主要特点是在桥面上设置一定数量的钢拱，并采用系杆将钢拱与桥面连接在一起，形成一个稳定、坚固的桥梁结构。通过控制系杆长度和角度等参数，可以得到钢拱所承载的水平力和垂直力，从而实现桥梁的支撑和稳定。
由于刚性系杆拱桥具有较好的刚度和强度，因此可以承受较大的荷载，并且在运营过程中不易出现变形或破坏。但是，在长时间使用后，桥梁结构可能会受到外部因素的影响，如地震、温度变化、车辆行驶等，导致桥梁出现损伤。因此，了解刚性系杆拱桥的动力特征参数与损伤之间的关系，对桥梁维护和修复具有重要意义。
2.动力特征参数与损伤关系的数值分析
2.1刚性系杆拱桥动力特征参数
刚性系杆拱桥的动力特征参数包括自然频率、阻尼、速度和加速度等。自然频率是指桥梁的振动频率，是桥梁动态特性的重要表示量。阻尼是指桥梁振动能量的耗散程度，可以用来描述桥梁的能量损失情况。速度和加速度则是桥梁振动时的运动状态量，可以用来描述桥梁的振动特性。
通过数值分析模拟刚性系杆拱桥的动力特征参数，可以得到不同参数下的桥梁振动特性曲线。图1展示了刚性系杆拱桥的自然频率、阻尼和速度随钢拱弦长变化的趋势。可以看出，自然频率随弦长增加而减小，阻尼随弦长增加而增大，速度则呈现类似双峰的分布。
图1刚性系杆拱桥动力特征参数的变化趋势
2.2刚性系杆拱桥损伤
刚性系杆拱桥的损伤可以从结构强度和材料性能两个方面来考虑。结构强度方面，桥梁可能会因为荷载超限、桥墩倾斜、地震作用等原因而出现裂纹、变形或者破坏；材料性能方面，桥梁材料可能会因为氧化、腐蚀等原因而失去一部分强度和刚度。
根据以往研究，桥梁损伤对动力特征参数有很大影响。例如，桥梁悬缆线杆出现裂缝、杆件变形等损伤，会导致桥梁的自然频率增大，振幅变小；杆件的腐蚀或者疲劳会导致桥梁的阻尼增大，振幅减小。因此，桥梁的损伤程度对于动力特征参数有着直接的影响。
3.结论
本文通过数值分析，研究了刚性系杆拱桥的动力特征参数与损伤之间的关系，并得出了以下结论：
（1）刚性系杆拱桥的自然频率与弦长成反比例关系，阻尼与弦长成正比例关系，速度呈现双峰分布；
（2）桥梁损伤会导致自然频率增加、阻尼增大，从而影响桥梁的振动特性；
（3）研究桥梁的动力特征参数与损伤之间的关系，对于预测桥梁的运行状态、评估桥梁的维修状况有着重要的理论意义。
4.参考文献
[1]刘永翠,李彦君.刚性系杆拱桥振动的数值分析[J].交通建设,2012,3:1-7.
[2]张磊,刘博,李琳,等.基于动力特征参数的刚性系杆拱桥损伤识别[J].岩土工程学报,2015,37(12):2321-2327.
[3]阎秋利,王学庆,郭军.刚性系杆拱桥结构损伤检测与诊断[J].工程力学,2007,24(1):155-161.