本發(fā)明涉及橋梁檢測領(lǐng)域，具體涉及一種斜拉橋索力測試方法。

背景技術(shù)：

隨著我國交通基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，鐵路網(wǎng)和公路網(wǎng)當中的橋梁建設(shè)占比非常高，橋梁在跨越河流、峽谷、既有交通線路和其他各類特定建筑物時必須采取幾百米甚至上千米的大跨度纜索體系橋梁，而斜拉橋由于其經(jīng)濟性在大跨度橋梁中占據(jù)主導(dǎo)地位。

斜拉橋運營期的定期檢測評估中，斜拉索的索力測量就是一項非常重要的內(nèi)容，現(xiàn)有技術(shù)中索力的測試主要有壓力環(huán)法、磁通量法和頻譜法。壓力環(huán)法是橋梁施工時在拉索和錨固端布設(shè)壓力環(huán)，通過光纖光柵傳感器測量壓力環(huán)所受的壓力來推算拉索索力，但壓力環(huán)的受力是環(huán)向連續(xù)分散的，通過離散若干點的應(yīng)變來估計整個壓力環(huán)所受到的軸向力受很多因素的影響；磁通量法采用的傳感器由兩層線圈組成，一圈為通電線圈，它產(chǎn)生的電磁場將磁化拉索，磁化的拉索磁場會對傳感器的另一線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其感應(yīng)電動勢與拉索的內(nèi)應(yīng)力較敏感，通過標定這種關(guān)系，就可以監(jiān)測索的應(yīng)力的變化。該方法的優(yōu)點是其除磁化拉索外，不影響拉索的任何力學和物理特性，但是，該方法的缺點是必須現(xiàn)場標定，并受溫度場、電磁場的干擾很大，在鐵路拉索體系橋梁中不宜使用，而且費用很高；頻譜法是當前橋梁拉索索力測試中應(yīng)用普遍的一種方法，具體為在索上布設(shè)加速度傳感器，然后通過人為或環(huán)境激勵，得到索的振動頻率，再利用振動頻率和索力的簡化公式作近似處理獲得索力。但頻譜法的前提是假設(shè)拉索兩端鉸支，忽略垂度的影響，對于大量安裝了減振器的拉索也忽略了減振器的影響。因此其所測結(jié)果并不能直接得到準確索力，需要根據(jù)經(jīng)驗進行估計，有的拉索同一時間多次測量會得到不一樣的結(jié)果，需要結(jié)合理論參數(shù)和工程經(jīng)驗綜合評判。

橋梁斜拉索因重力作用必定有一定的垂度，而且垂度和索力是存在嚴格對應(yīng)關(guān)系的，通過測量垂度可以精確地計算索力大小。但拉索中部處于高空，垂度的測量很難實現(xiàn)，也難以實現(xiàn)通過斜拉索垂度精確的測量索力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種斜拉橋索力測試方法，通過應(yīng)用橋梁拉索自動檢測裝置的直接測取斜拉索垂度來測量索力，可提高索力的測量精度和可靠性、自動化程度，減少索力測量對工程經(jīng)驗和檢測人員技術(shù)水平的依賴。

為達到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種斜拉橋索力測試方法，使用可沿斜拉索爬行的橋梁拉索自動檢測裝置實施，該方法包括以下步驟：

s1、提供一具有傾角傳感器和里程編碼器的橋梁拉索自動檢測裝置；

s2、使用橋梁拉索自動檢測裝置在斜拉索上行走，通過里程編碼器收集位置信息，通過傾角傳感器收集與所述位置信息對應(yīng)的角度信息；

s3、通過測得的位置信息和角度信息計算拉索垂度；

s4、通過拉索垂度計算斜拉索索力。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟s2中，通過里程編碼器收集多組位置信息x1、x2…xn，通過傾角傳感器收集與所述位置信息一一對應(yīng)的多組角度信息y′1、y′2…y′n。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟s3具體包括以下步驟：

s31、在橋梁斜拉索所在平面內(nèi)，建立參考坐標系和數(shù)學模型，將橋梁斜拉索的線形設(shè)定為二次曲線，列出所述位置信息和所述角度信息的函數(shù)關(guān)系；

s32、通過聯(lián)立多組所述位置信息和所述角度信息的函數(shù)方程，得到所述位置信息和所述角度信息的具體關(guān)系式；

s33、求得橋梁斜拉索偏離量的最大值，即橋梁斜拉索的最大垂度。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟s3具體包括以下步驟：

s301、在橋梁斜拉索所在平面內(nèi)，以橋梁斜拉索底端錨固點位原點，以斜拉索頂端錨固點和底端錨固點的連線為x軸建立平面直角坐標系，將橋梁斜拉索的線形設(shè)定為二次曲線：

y＝ax²+bx

則拉索的角度變化函數(shù)為

y′＝2ax+b

s302、通過解如下二元一次方程組得到a、b：

s303、求得y的最大值即橋梁斜拉索的最大垂度。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟s4中橋梁斜拉索的索力f具體通過以下公式計算：

其中，α為橋梁斜拉索與橋面的夾角，q為橋梁斜拉索單位長度內(nèi)的自重，l為橋梁斜拉索的有效長度。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，橋梁斜拉索的有效長度l為拉索的總長減去兩頭錨固區(qū)的長度。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在所述步驟s4中，在計算橋梁斜拉索的有效長度l前，判斷橋梁斜拉索是否安裝有減振器，如沒有，則按上述方法計算；如有，則在計算拉索的有效長度l時，用拉索的總長減去兩頭錨固區(qū)的長度與減振器到橋面錨固區(qū)之間的拉索長度之和。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明的斜拉橋索力測試方法通過對斜拉索垂度的精確測量和相關(guān)計算，通過拉索垂度精確的測量索力，可提高索力的測量精度和可靠性、自動化程度，減少索力測量對工程經(jīng)驗和檢測人員技術(shù)水平的依賴。

(2)本發(fā)明的斜拉橋索力測試方法通過應(yīng)用橋梁拉索自動檢測裝置完成，步驟簡單方便，可在檢測拉索外觀等其他損傷的同時實現(xiàn)索力的同步測量，省時高效，經(jīng)濟性強。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中斜拉橋索力測試方法的數(shù)學建模結(jié)構(gòu)圖；

圖中：1-橋梁拉索自動檢測裝置，2-橋梁斜拉索，3-頂端錨固點，4-底端錨固點。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

參見圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種斜拉橋索力測試方法，使用可沿斜拉索爬行的橋梁拉索自動檢測裝置實施，本發(fā)明實施例中使用的橋梁拉索自動檢測裝置可采用如中國專利cn201310115722.7中記載的橋梁纜索的檢測系統(tǒng)和橋梁拉索自動檢測裝置。

本發(fā)明方法包括以下步驟：

s1、提供一具有傾角傳感器和里程編碼器的橋梁拉索自動檢測裝置。具體可采用在現(xiàn)有橋梁拉索自動檢測裝置上安裝用于實時獲取自動檢測裝置傾角信息的傾角傳感器和用于實時獲取自動檢測裝置位置信息的里程編碼器的方式實現(xiàn)。

s2、使用橋梁拉索自動檢測裝置在斜拉索上行走，通過里程編碼器得到多組位置信息x1、x2…xn，通過傾角傳感器得到與所述位置信息一一對應(yīng)的多組角度信息y′1、y′2…y′n。

s3、通過測得的位置信息和角度信息計算拉索垂度；

步驟s3可具體包括以下步驟：

s301、建立數(shù)學分析模型。由于橋梁斜拉索在重力作用下線型近似于拋物線，而由不在一條直線上的三點可確定一個平面，因此，在進行數(shù)學建模時可簡化受力在橋梁斜拉索所確定的平面內(nèi)。以橋梁斜拉索底端錨固點位原點，以斜拉索頂端錨固點和底端錨固點的連線為x軸建立平面直角坐標系，則顯然的，在橋梁斜拉索所確定的平面內(nèi)過原點(斜拉索底端錨固點)垂直于x軸的直線即為y軸，取由斜拉索底端錨固點向斜拉索頂端錨固點方向為x軸正方向，取過斜拉索底端錨固點向上垂直于x軸的方向為y軸正方向，則可將橋梁斜拉索的線形設(shè)定為二次曲線，進行數(shù)學模型的建立和計算：

y＝ax²+bx

此時則拉索的角度變化函數(shù)為該二次曲線的導(dǎo)數(shù)：

y′＝2ax+b

s302、通過解如下二元一次方程組得到a、b：

s303、按求得y的最大值，則|ymax|即為橋梁斜拉索的最大垂度。

s4、通過拉索垂度計算斜拉索索力。步驟s4中橋梁斜拉索的索力f具體通過以下公式計算：

其中，α為橋梁斜拉索與橋面的夾角，q為橋梁斜拉索單位長度內(nèi)的自重，l為橋梁斜拉索的有效長度。

由于上述建模中考慮的橋梁斜拉索線型近似于拋物線，所計算的斜拉索長度也按照拋物線長進行處理，因此在計算橋梁斜拉索的有效長度l時，應(yīng)用拉索的總長減去兩頭錨固區(qū)的長度，即只考慮兩頭錨固區(qū)間近似于拋物線的長度，避免系統(tǒng)誤差。

由于斜拉索上安裝的減振器等裝置會使得橋梁斜拉索垂度發(fā)生變化，實際由重力形成的拋物線型的拉索長度會進一步降低，其在建立數(shù)學模型中偏離上述計算的拋物線型引起計算誤差。為回避相關(guān)誤差，在步驟s4中，可在計算橋梁斜拉索的有效長度l前，判斷橋梁斜拉索是否安裝有減振器，如沒有，則按上述方法計算；如有，則在計算拉索的有效長度l時，用拉索的總長減去兩頭錨固區(qū)的長度與減振器到橋面錨固區(qū)之間的拉索長度之和。

本發(fā)明不局限于上述實施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。