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绪论 1

0.1概念体系 1

0.2研究综述 3

第一篇 基于横向动刚度的拉索系统动力分析理论 7

第1章 索缆动力学中的动刚度法基础 9

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

1.2 W-W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W-W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W-W法优势 20

1.4 W - W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 单梁拉索体系的横向动刚度理论 32

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 考虑多因素的裸索系统动力特性分析方法 52

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

第二篇 复杂索缆系统的动力分析理论 61

第4章 复杂拉索体系的动力特性分析 63

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 含填充层的双层复合索 78

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 复杂吊索系统特性研究 117

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 多段式索缆系统 140

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 悬索桥动力特性分析 166

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 复杂索缆系统的平均索力及索参数智能监测与感知 175

第9章 基于PSO的复杂拉索系统模型修正及参数识别 177

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

9.2.4 PSO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

9.4.1 1号拉索识别 199

9.4.2 2号拉索识别 200

第10章 中等长索的索力精确识别 203

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H-I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

10.5.2 20 m拉索索力及抗弯刚度感知 217

10.5.3 168 m拉索索力及抗弯刚度感知 220

第11章 短吊索索力及参数精确识别 222

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

11.5.1 PSO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 索缆悬吊系统索力及参数精确识别 236

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 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 246

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 复杂索缆系统的在线疲劳状态智慧感知与寿命预测 261

第14章 拉索时变索力在线实时智慧感知 263

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 拉索振动附加索力的在线智慧感知 283

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

15.3.1 Irevin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 拉索全场域动力响应和内力在线智慧感知 293

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 拉索在线疲劳状态智慧感知与寿命预测 327

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S-N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 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 347

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

18.2.3 GUI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

18.3.3 GUI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

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