基于导波模态转角的钢绞线张拉力计算方法研究

doi:10.3969/j.issn.1674-0696.2018.11.01

重庆交通大学学报（自然科学版） ›› 2018, Vol. 37 ›› Issue (11): 1-7.DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2018.11.01

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基于导波模态转角的钢绞线张拉力计算方法研究

钱骥1,2，杨金川1，李长春1，张俊波1

(1.重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074； 2.重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室培育基地，重庆 400074)

收稿日期:2017-09-06 修回日期:2018-04-02 出版日期:2018-11-19 发布日期:2018-11-19
作者简介:钱骥(1983—)，男，湖北黄冈人，副教授，博士，主要从事桥梁健康监测与无损检测工作。E-mail：jiqian228@126.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51408090, 51478347)；重庆市教委科学技术研究项目(KJ1400333)；重庆交通大学研究生科研创新项目(2017S0114)

Tensile Force Calculation of Steel Strands Based on Guided Wave Mode Bifurcation Angles

QIAN Ji1,2, YANG Jinchuan1, LI Changchun1, ZHANG Junbo1

(1. School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, P. R. China; 2.State Key Laboratory Breeding Base of Mountain Bridge and Tunnel Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, P. R. China)

Received:2017-09-06 Revised:2018-04-02 Online:2018-11-19 Published:2018-11-19

摘要/Abstract

摘要： 基于超声导波在钢绞线中传播受钢绞线张拉力影响特性，提出了一种钢绞线张拉力计算方法。以直径15.2 mm七芯钢绞线为例，理论推导了单根钢丝受不同边界约束条件下纵向导波频散曲线；用有限元方法模拟了导波在单根钢丝及有张力钢绞线中传播过程；分析了引起模态变化的原因及受张拉力影响下模态转角变化规律。结果表明：随着钢丝表面位移约束刚度增大，一阶纵向导波频散曲线整体向高频位置偏移，且小波数部分向高频偏移更为明显，从而在频率300 kHz附近形成模态转角；钢绞线在不同张拉力条件下，其一阶纵向导波模态转角主要受钢丝间的切向摩擦力影响；考虑钢绞线螺距及摩擦系数影响的钢绞线张拉力与导波模态转角之间吻合幂函数关系。

关键词: 桥梁工程, 钢绞线, 张拉力, 一阶纵向导波, 频散曲线, 模态转角

Abstract: A tension force calculation method was put forward based on the face that ultrasonic guided wave transmission in steel strands will be influenced by tension force. Taking seven cores strands with diameter 15.2mm for example, the longitudinal guided wave frequency dispersion curve was derived from a single wire with different boundary conditions. Then the transmission of guided waves was simulated through finite element method in single wire and tension steel strands, and the reason for mode variation and the change laws of mode bifurcation angle under tensile force were analyzed. The results illustrate that, as the displacement restraint rigidity on wire surface became higher, the dispersion curves of the first order longitudinal guided wave offset to high frequency part integrally, and this phenomenon is more obvious in small wave number portion, which results in mode bifurcation angle around at 300 kHz; under different tensile conditions, the first order longitudinal guided wave mode bifurcation angle is mainly affected by the tangential friction force between the steel wires. A power function relation between mode bifurcation angle and tensile force is established by regression analysis, and the influence of screw pitch and friction coefficient on the function relation is considered.

Key words: bridge engineering, steel strands, tensile force, the first longitudinal guided wave, frequency dispersion curve, mode bifurcation angle

中图分类号:

U443.38

钱骥1,2，杨金川1，李长春1，张俊波1. 基于导波模态转角的钢绞线张拉力计算方法研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2018, 37(11): 1-7.

QIAN Ji1,2, YANG Jinchuan1, LI Changchun1, ZHANG Junbo1. Tensile Force Calculation of Steel Strands Based on Guided Wave Mode Bifurcation Angles[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University(Natural Science), 2018, 37(11): 1-7.

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