主要完成人：吴庆雄

项目简介：斜拉桥在我国大跨度桥梁工程中得到广泛的应用。现代大跨度斜拉桥均采用多索系统, 使得全桥整体振动频率容易与某根斜拉索的固有频率或其相应倍数接近，从而加大了斜拉索发生非线性大幅振动的概率，并会对桥梁的安全性与耐久性产生危害。但目前针对这个问题的研究并不系统和完善。为此项目组以理论研究为基础，以技术研发为依托，以工程应用为目标，在国家级课题的支撑下，系统地开展了以下工作：

（1）深入进行了斜拉桥拉索非线性振动精细化计算理论研究。针对能模拟拉索非线性振动的有限单元，提出了采用索单元并去除索单元自重的有限元方法；提出了基于动力凝聚的特征值分析方法获取主梁- 主塔的固有模态，提出了采用扩大Rayleigh 阻尼矩阵同时考虑斜拉索较低主梁、主塔较高的阻尼，从而建立了能考虑斜拉索非线性振动的斜拉桥整体动力分析模型；采用提出的索单元及相关计算方法，形成了具有自主知识产权的斜拉桥整体分析有限元软件NL_Beam3D。该方法能同时计算斜拉索的非线性局部振动，主梁- 主塔的振动，从而能考虑二者之间振动的相互影响。

（2）系统开展了拉索固有模态理论公式的研究。在推导得到的整体割线坐标系下考虑弯曲刚度和垂度的斜索非线性运动方程的基础上，推导了适合于扁平斜索固有模态计算的修正Irvine 方程式；在上述两项成果的基础上，提出了考虑弯曲刚度的斜索固有模态计算公式、索梁结构面内固有振动简化计算公式。这些理论成果可对现有斜拉桥拉索结构计算理论进行补充完善。

（3）利用基于整体割线坐标下考虑弯曲刚度和垂度的斜索运动方程，提出了考虑抗弯刚度和阻尼器的斜拉索索力测试的数值计算新方法。采用LabVIEW 平台，分别编制了考虑弯曲刚度的索力计算程序和考虑阻尼器的索力计算程序，形成了斜拉索索力测试的数值计算新方法。

（4）创新性地进行了斜拉索位移检测新技术开发。在上述理论研究的基础上，提出了基于高速相机的斜拉索动位移非接触式测试系统，编制了测定位移的LabVIEW 软件。该测试属于非接触式测量，不仅可以测试结构的动位移，还可以通过微分形式获得结构速度和加速度，通过频谱分析和索力计算获得斜拉索固有频率和实际索力，从而克服了传统方法需接触测量的缺陷。由于实现了多目标多方向的动位移测量，因此比现有的激光位移计测量方法具有更低的经济成本和更高的精度。

技术指标：

1）在国内外学术刊物上发表论文40 余篇，其中SCI、EI 收录12 篇；论文他引频次为117 次，其中SCI 引用27 次，国内文献引用90 次；

2）申请发明专利3 项（2 项已授权），获批实用新型专利2 项；

3）相关成果在福建省5 座斜拉桥工程中获得应用，取得直接经济效益3103 万元。应用领域或前景：

学科分类:

1 交通运输科学技术-> 交通运输建筑工程-> 桥涵工程

2 土木建筑科学技术-> 土木工程结构技术-> 悬索与张拉结构

所属国民经济行业:

道路运输业

本项目属于土木工程学科的应用基础研究，研究成果于对推动我国桥梁工程的科技创新、加快基础设施建设、完善现有斜拉桥的设计计算理论、促进桥梁科技进步均具有重要意义。