本發(fā)明基于等代鉸接梁模型的拉索索力測(cè)量方法屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種振動(dòng)法拉索索力測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

拉索是索體系橋梁的主要受力構(gòu)件，對(duì)索體系橋梁進(jìn)行力的傳遞和分配。拉索索力不僅是索體系橋梁設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一，而且是橋梁施工控制以及評(píng)估橋梁正常使用狀態(tài)的重要指標(biāo)?？梢?，索力測(cè)量的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

為了提高拉索索力的測(cè)量精度，出現(xiàn)了等代鉸接梁方法，例如哈爾濱工業(yè)大學(xué)的肖會(huì)闖的研究生畢業(yè)論文《索力振動(dòng)法測(cè)量的試驗(yàn)研究》，以及等效索長(zhǎng)的鉸接等代方法，例如黃僑等在東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)上發(fā)表的文章《考慮減振裝置彈簧剛度的斜拉索等效索長(zhǎng)及索力測(cè)量》

這兩種方法的原理是把一根任意邊界條件的拉索的各階振動(dòng)模態(tài)等效為一根長(zhǎng)度為lak的鉸接梁振動(dòng)模態(tài)，核心公式如下：

其中，t表示拉索索力(n)，m表示拉索線密度(kg/m)，lak表示拉索k階振型對(duì)應(yīng)的等代鉸接梁模型長(zhǎng)度(m)，fk表示k階自振頻率(hz)，ei表示索截面抗彎剛度(n·m2)，π表示圓周率。

該方法雖然能夠提高拉索索力測(cè)量精度，然而卻還存在以下問(wèn)題：由于邊界條件影響尚不明確，現(xiàn)場(chǎng)拉索實(shí)際模型遠(yuǎn)比理想情況復(fù)雜，因此lak只能是近似值，與真值之間存在誤差；另外，受邊界條件影響，拉索各階振型對(duì)應(yīng)的等代鉸接梁長(zhǎng)度lak也不一致，采用相同的lak計(jì)算索力，同樣降低了索力的測(cè)量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種基于等代鉸接梁模型的拉索索力測(cè)量方法，該方法不僅能夠降低因邊界條件影響不明確而造成的lak誤差較大的問(wèn)題，而且能夠解決受邊界條件影響使拉索各階振型對(duì)應(yīng)的等代鉸接梁長(zhǎng)度lak不一致的問(wèn)題，有利于提高拉索索力的測(cè)量精度。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

基于等代鉸接梁模型的拉索索力測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟a、在橋梁施工張拉過(guò)程中，對(duì)拉索施加索力t，標(biāo)定待測(cè)拉索的索力t及與索力t對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f1、f2、...、fn；

步驟b、通過(guò)索力t及與索力t對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f1、f2、...、fn，根據(jù)如下公式：

計(jì)算k階等代鉸接梁長(zhǎng)度lak；

步驟c、按照如下公式：

對(duì)lak取均值，得到一個(gè)對(duì)各階普適的名義長(zhǎng)度

步驟d、在橋梁運(yùn)營(yíng)階段，采集與待測(cè)拉索索力t'對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f1'、f2'、...、fn'；

步驟e、將步驟d獲得的頻率f1'、f2'、...、fn'帶入到如下公式：

計(jì)算與n階振動(dòng)頻率f1'、f2'、...、fn'對(duì)應(yīng)的索力值t1、t2、...、tn；

步驟f、按照如下公式：

計(jì)算得到待測(cè)拉索索力t'。

有益效果：

本發(fā)明首先按照傳統(tǒng)方法，通過(guò)索力t及與索力t對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f1、f2、...、fn，得到k階等代鉸接梁長(zhǎng)度lak；然后對(duì)lak取均值，得到一個(gè)對(duì)各階普適的名義長(zhǎng)度再將等代鉸接梁方法公式中的lak替換為建立待測(cè)索力t'及與待測(cè)索力t'對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f1'、f2'、...、fn'的新的關(guān)系，從而得到待測(cè)索力t'；該方法不僅能夠降低因邊界條件影響不明確而造成的lak誤差較大的問(wèn)題，而且能夠解決受邊界條件影響使拉索各階振型對(duì)應(yīng)的等代鉸接梁長(zhǎng)度lak不一致的問(wèn)題，提高了拉索索力的測(cè)量精度。

附圖說(shuō)明

圖1是pes7-139型拉索的截面示意圖。

圖2是拉索振動(dòng)自功率譜頻譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

具體實(shí)施利一

本實(shí)施例的基于等代鉸接梁模型的拉索索力測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟a、在橋梁施工張拉過(guò)程中，對(duì)拉索施加索力t，標(biāo)定待測(cè)拉索的索力t及與索力t對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f1、f2、...、fn；

步驟b、通過(guò)索力t及與索力t對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f1、f2、...、fn，根據(jù)如下公式：

計(jì)算k階等代鉸接梁長(zhǎng)度lak；

步驟c、按照如下公式：

對(duì)lak取均值，得到一個(gè)對(duì)各階普適的名義長(zhǎng)度

步驟d、在橋梁運(yùn)營(yíng)階段，采集與待測(cè)拉索索力t'對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f1'、f2'、...、fn'；

步驟e、將步驟d獲得的頻率f1'、f2'、...、fn'帶入到如下公式：

計(jì)算與n階振動(dòng)頻率f1'、f2'、...、fn'對(duì)應(yīng)的索力值t1、t2、...、tn；

步驟f、按照如下公式：

計(jì)算得到待測(cè)拉索索力t'。

具體實(shí)施利二

本實(shí)施例的基于等代鉸接梁模型的拉索索力測(cè)量方法，依據(jù)具體實(shí)施利一的流程，對(duì)pes7-139型拉索進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，該拉索的截面示意圖如圖1所示。該拉索的技術(shù)參數(shù)如下：索長(zhǎng)l＝68.89m，線密度m＝44kg/m，截面積a＝5349mm²，極限索力tlim＝8993kn，折算抗彎剛度ei＝455.37kn·m。

該方法如下：

步驟a、在橋梁施工張拉過(guò)程中，對(duì)拉索施加索力t，通過(guò)如圖2所示的拉索振動(dòng)自功率譜頻譜圖，標(biāo)定待測(cè)拉索的索力t及與索力t對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f1、f2、...、fn，如表1所示：

表1索力與振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)表

步驟b、通過(guò)索力t及與索力t對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f1、f2、...、fn，根據(jù)如下公式：

計(jì)算k階等代鉸接梁長(zhǎng)度lak，計(jì)算結(jié)果如表2所示：

表2各階等代鉸接梁長(zhǎng)度數(shù)據(jù)表

步驟c、按照如下公式：

對(duì)lak取均值，得到一個(gè)對(duì)各階普適的名義長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果為：

步驟d、在橋梁運(yùn)營(yíng)階段，采集與待測(cè)拉索索力t'對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f1'、f2'、...、fn'；其中，待測(cè)拉索索力t'的理論值為1799kn，得到的n階振動(dòng)頻率f1'、f2'、...、fn'如表3所示：

表3待測(cè)拉索索力與振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)表

步驟e、將步驟d獲得的頻率f1'、f2'、...、fn'帶入到如下公式：

計(jì)算與n階振動(dòng)頻率f1'、f2'、...、fn'對(duì)應(yīng)的索力值t1、t2、...、tn，計(jì)算結(jié)果如表4所示：

表4待測(cè)索力值計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)表

步驟f、按照如下公式：

計(jì)算得到待測(cè)拉索索力t'＝1792kn。

最后，將按照本發(fā)明方法求得的索力計(jì)算結(jié)果1792kn與理論值1799kn進(jìn)行對(duì)比，相對(duì)誤差非常小，該結(jié)果表明本發(fā)明方法得到的索力計(jì)算結(jié)果與真實(shí)值偏差很小，可用于實(shí)際索力測(cè)量。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。