体外预应力索与简支梁耦合振动的特性.pdf

第 3O卷 第 4期 实 验 力 学 V01．3O No．4 2015年 8月 JOURNALOFEXPERIMENTALMECHANICS Aug．2015 文章编号 ：1001—4888(2015)04—0529—07 体外预应力索与简支梁耦合振动的特性 张道 明，吕春 ，王丽 (齐齐哈尔大学 建筑与土木工程学院，黑龙江 161006) 摘要：体外预应力结构是一种 由体外索和普通结构组成的预应力组合 结构 ，被广泛地应用在各 类结构 中。基于体外预应力索与梁耦合振动 的振动特性，建立体外预应力梁振动模型，推导 出 了不同体外预应力束线型等直线弹性梁的 自振频率方程。在体外预应力钢束混凝土梁电磁激 振器扫频试验 中，测试 了不同预应力条件下梁的基频。理论和试验研究表 明体外预应力束线 型、预应力束拉伸刚度和梁振型模态对梁 自振频率的影响是明显的。 关键词：体外预应力索；振动频率 ；扫频试验；耦合振动 中图分类号 ：TU311．3；TU378．2 文献标识码 ：A DOI：10．7520／1001—4888—14—229 0 引言 体外预应力加 固在役结构是结构重要 的加 固方法[1。]，近年来预应力加 固技术得到了迅速 的应用 和发展。 目前在体外预应力加固结构理论和实践方面有了较系统的研究[3“]，但体外预应力结构在动 力响应方面的研究甚少，其 中有很多问题 尚未解决[5]，特别是在加 固后的体外预应力结构中，后加 固 的预应力索和结构耦合运动对其动力响应 的影响，是了解加固后结构力学行为的重要参数。 体外预应力束加固的结构不 同于体内索的有粘结或无粘结的预应力结构 ，其预应力索和结构体变 形不能完全协调 。由于体外预应力加固的结构是由索和梁或索和板等组成的组合型结构 ，因此它的振 动特征不同于加固前的结构。文献[7，8]证明了预应力是结构系统内系统内力，具有 自平衡性。因此根 据达朗贝尔原理，预应力内荷载不会对系统的振动特性产生影响。但采用体外预应力束加固后的结构， 在动力荷载作用下，不但梁体和预应力索各 自振动，而且梁和索通过转 向装置和锚 固端相互耦合振动， 形成一个相对统一的组合体结构振动。因此 ，体外预应力梁的振动涉及到三方面的问题 ：梁 的振动、体 外预应力索的振动和二者耦合振动。本文对体外预应力索和梁耦合振动进行了理论研究，同时对 8根 体外预应力梁进行了动力响应扫频试验研究，获得了不同体外布筋形式预应力梁的动力响应基频，讨论 了预应力和预应力束线型对梁振动特征的影响，建立体外预应力束和梁耦合振动特征模型，推导出不同 预应力束线型的体外预应力混凝土简支梁的耦合振动方程 ，该方程展示了体外预应力加 固梁与索耦合 振动的特性。 1 体外预应力对梁的振动耦合力 研究表明，体外预应力的存在对结构的静力和动力特性均会产生不 同程度的影响。在静力作用方 面 ，由于体外预应力的效应 ，结构产生反拱 ，减小 了构件的挠度 ；预压应力减小或延缓裂缝的出现 ，可大 * 收稿 日期 ：2014一l1—06；修 回日期 ：2015—04—16 基金项 目：黑龙 江省教育 厅科学技术研 究项 目(项 目编号 }黑龙 江省高等学校教改 工程项 目(项 目编号 JG2013010012) 通讯作者 ：张道 明(1965一)，男 ，副教授 ，博士后 ，研究方向：预应力结构 Email：zdmzdm@sina．corn 53O 实 验 力 学 (2015年)第 3O卷 幅度提高梁的刚度。由于它是由梁和体外索组成的组合构件 ，其振动不同于体 内预应力构件。在结构 振动过程中，二者相互作用是通过转向块和端部锚具耦合相互作用完成的。其中预应力索转 向装置点 的挠度上下变化，促使预应力索伸长和缩短；在端部的锚具和转 向块处初始预应力随梁的振动产生变 化。根据这一特性 ，本文采用分离法把梁和索分离 ，并且预应力索对梁的作用采用随时间变化力的形式 代替 ，如图 1。 M