本發(fā)明基于荷載標(biāo)定的全橋拉索索力測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估橋梁正常使用狀態(tài)的重要指標(biāo)?？梢姡髁y量的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

為了提高拉索索力的測量精度，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)法測量的試驗(yàn)研究》，以及基于線性模型的振動(dòng)法拉索索力測量方法(申請?zhí)枮?01510357998.5的發(fā)明專利《基于線性模型的振動(dòng)法拉索索力測量方法》)。在這兩種方法中，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階振型對應(yīng)的等代鉸接梁模型長度(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。

其中，t表示拉索索力(n)，an和bn均為線性回歸系數(shù)，fik表示k階自振頻率(hz)。

這兩類方法雖然能夠提高拉索索力測量精度，然而，在實(shí)際工程應(yīng)用中，還是遇到了以下問題：

第一、等代鉸接梁方法對于長拉索的索力具有很高的測量精度，但是對于短索的索力測量精度低、誤差大；

第二、等代鉸接梁法若想得到較為精確的等代鉸接梁長度lak，需要在施工階段對拉索進(jìn)行張拉標(biāo)定，然而，在實(shí)際工程應(yīng)用中，成橋后其拉索是沒有條件進(jìn)行張拉標(biāo)定的。因此，等代鉸接梁法在實(shí)際工程應(yīng)用中具有局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于荷載標(biāo)定的全橋拉索索力測量方法，該方法不僅能夠解決等代鉸接梁方法對于短索的索力測量精度低、誤差大的問題，而且能夠解決實(shí)際工程應(yīng)用中成橋后拉索無法再次進(jìn)行張拉標(biāo)定，導(dǎo)致等代鉸接梁法適用范圍小的局限性問題。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

基于荷載標(biāo)定的全橋拉索索力測量方法，包括以下步驟：

步驟a、在橋面無加載物的情況下，記錄全橋共m根拉索的n階振動(dòng)頻率f11...fik...fmn；

其中，fik表示橋面無加載物情況下第i根拉索對應(yīng)的k階振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)；

步驟b、采用若干輛重車在橋面上進(jìn)行多級布載，布載前采用精密地秤對所有加載車輛稱重已獲取某級加載車總重量g，記錄全橋共m根拉索的n階振動(dòng)頻率f′11...f′ik...f′mn；

其中，f′ik表示橋面在重車布載情況下第i根拉索對應(yīng)的k階振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)；

步驟c、按照如下公式，擬合第i根拉索索力增量δtik關(guān)于對應(yīng)第k階振動(dòng)頻率的線性回歸系數(shù)：

其中，ak表示與k階振動(dòng)頻率對應(yīng)的線性回歸系數(shù)；

步驟d、按照如下公式，對各索索長的平方值進(jìn)行計(jì)算，得到各索線性回歸系數(shù)ak的比值a：

其中，l1、l2、…、lm分別表示m根拉索的索長；

步驟e、利用布載前后的n階振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)，結(jié)合步驟c、步驟d，按照如下公式，計(jì)算各索線性回歸系數(shù)a1、a2、…、am：

a1+a2+…+am＝1

δtm＝amg

步驟f、利用a1、a2、…、am，按照如下公式，計(jì)算等代鉸接梁長度的平方值

其中，ρ表示拉索線密度(kg/m)；

步驟g、在橋梁后續(xù)運(yùn)營及加固階段，對拉索施加任意級索力t″,測量與力索t″對應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f11″,...,fik″，...，fmn″；

步驟h、按照如下公式，利用步驟f得到的等代鉸接梁長度和步驟g得到的振動(dòng)頻率f11″,...,fik″，...，fmn″，得到第i根拉索的各階索力估計(jì)值tik：

步驟i、按照如下公式，將步驟h中獲得索力取平均計(jì)算，得到拉索的索力值

得到的ti即為第i根拉索的索力值。

有益效果：

本發(fā)明通過加載車的全部荷載都分配到全橋拉索時(shí)，對全橋拉索附加兩個(gè)約束條件：

第一、全橋拉索荷載分配系數(shù)之和為1，即a1+a2+…am＝1；

第二、每根拉索的等代鉸接梁長度之比等于該拉索的索長之比即

將索力增量與頻率代入線性模型，聯(lián)立分配系數(shù)方程和索長比值方程即可確定各階線性回歸系數(shù)a1、a2…am，從而建立線性模型，不僅通過建立求解的模型，引入了平均的思想，提高了測量精度，解決了等代鉸接梁方法對于短索的索力測量精度低、誤差大的問題，而且通過外界加載建立線性模型，解決了實(shí)際工程應(yīng)用中成橋后拉索無法再次進(jìn)行張拉標(biāo)定，導(dǎo)致等代鉸接梁法適用范圍小的局限性問題。

附圖說明

圖1是pes7-109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)施例一

本實(shí)施例的基于荷載標(biāo)定的全橋拉索索力測量方法，包括以下步驟：

步驟a、在橋面無加載物的情況下，記錄全橋共m根拉索的n階振動(dòng)頻率f11...fik...fmn；

其中，fik表示橋面無加載物情況下第i根拉索對應(yīng)的k階振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)；

步驟b、采用若干輛重車在橋面上進(jìn)行多級布載，布載前采用精密地秤對所有加載車輛稱重已獲取某級加載車總重量g，記錄全橋共m根拉索的n階振動(dòng)頻率f′11...f′ik...f′mn；

其中，f′ik表示橋面在重車布載情況下第i根拉索對應(yīng)的k階振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)；

步驟c、按照如下公式，擬合第i根拉索索力增量δtik關(guān)于對應(yīng)第k階振動(dòng)頻率的線性回歸系數(shù)：

其中，ak表示與k階振動(dòng)頻率對應(yīng)的線性回歸系數(shù)；

步驟d、按照如下公式，對各索索長的平方值進(jìn)行計(jì)算，得到各索線性回歸系數(shù)ak的比值a：

其中，l1、l2、…、lm分別表示m根拉索的索長；

步驟e、利用布載前后的n階振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)，結(jié)合步驟c、步驟d，按照如下公式，計(jì)算各索線性回歸系數(shù)a1、a2、…、am：

a1+a2+…+am＝1

δtm＝amg

步驟f、利用a1、a2、…、am，按照如下公式，計(jì)算等代鉸接梁長度

其中，ρ表示拉索線密度(kg/m)；

步驟g、在橋梁后續(xù)運(yùn)營及加固階段，對拉索施加任意級索力t″,測量與力索t″對應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f11″,...,fik″，...，fmn″；

步驟h、按照如下公式，利用步驟f得到的等代鉸接梁長度和步驟g得到的振動(dòng)頻率f11″,...,fik″，...，fmn″，得到第i根拉索的各階索力估計(jì)值tik：

步驟i、按照如下公式，將步驟h中獲得索力取平均計(jì)算，得到拉索的索力值

得到的ti即為第i根拉索的索力值。

具體實(shí)施例二

本實(shí)施例的基于基于荷載標(biāo)定的全橋拉索索力測量方法，依據(jù)具體實(shí)施例一的流程，對pes7-109型拉索進(jìn)行實(shí)際測量，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l1＝69.04m，l2＝52.916m，線密度m＝42kg/m，截面積a＝5349mm²，極限索力tlim＝8993kn，折算抗彎剛度ei＝4555.37kn·m。

該方法如下：

步驟a、在橋面無加載物的情況下，記錄全橋共m根拉索的n階振動(dòng)頻率f11...fik...fmn，如表1所示：

表1無加載時(shí)兩索的振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)表

本實(shí)施例中，拉索數(shù)m為2，記錄的頻率階數(shù)為5；

步驟b、采用若干輛重車在橋面上進(jìn)行多級布載，布載前采用精密地秤對所有加載車輛稱重已獲取某級加載車總重量g，記錄全橋共m根拉索的n階振動(dòng)頻率f′11...f′ik...f′mn，如表2所示：

表2重車布載時(shí)兩索的振動(dòng)頻率及荷載增量g

本實(shí)施例中重車總重量g為698kn；

步驟c、按照如下公式，擬合第i根拉索索力增量δtik關(guān)于對應(yīng)第k階振動(dòng)頻率的線性回歸系數(shù)：

加載前后振動(dòng)頻率差如表3所示：

表3各階振動(dòng)頻率差數(shù)據(jù)表

步驟d、按照如下公式，對各索索長的平方值進(jìn)行計(jì)算，得到各索線性回歸系數(shù)ak的比值a：

本實(shí)施例中，l1＝69.04m，l2＝52.916m，比值a為1.7；

步驟e、利用布載前后的n階振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)，結(jié)合步驟c、步驟d，按照如下公式，計(jì)算各索線性回歸系數(shù)a1、a2、…、am：

求解方程組，得到各階頻率系數(shù)各階線性回歸系數(shù)a1、a2，如表4所示：

表4線性回歸系數(shù)數(shù)據(jù)表

步驟f、利用a1、a2，按照如下公式，計(jì)算等代鉸接梁長度

其中，拉索線密度ρ為42kg/m，各階等代鉸接梁長度平方值計(jì)算結(jié)果如表5所示：

表5各階等代鉸接梁長度平方值數(shù)據(jù)表

步驟g、在橋梁后續(xù)運(yùn)營及加固階段，對拉索施加任意級索力t″,測量與力索t″對應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f11″,...,fik″，...，fmn″；

本實(shí)施例中，為體現(xiàn)本發(fā)明依據(jù)上述方法所得到的拉索索力估計(jì)值與實(shí)際值的偏差，對拉索1施加初始索力1205kn，加載重量310kn，對拉索2施加初始索力1101kn。加載重量1489kn，對應(yīng)的振動(dòng)頻率如表1、表2所示；

步驟h、按照如下公式，利用步驟f得到的等代鉸接梁長度和步驟g得到的振動(dòng)頻率f11″,...,fik″，...，fmn″，得到第i根拉索的各階索力估計(jì)值tik：

表6加載前后兩索的索力估計(jì)值

步驟i、按照如下公式，將步驟h中獲得索力取平均計(jì)算，得到拉索的索力值

本實(shí)施例中，對拉索1的索力識別值為1194.34kn，加載后識別值1506.69kn，對拉索2的索力識別值為1168.1kn。加載后識別值為1553.75kn；

最后，將按照本發(fā)明方法求得的索力計(jì)算結(jié)果與理論值進(jìn)行對比，相對誤差如表7所示，對拉索1的最大相對誤差為-0.88％，對拉索2的最大相對誤差為6.09％，該結(jié)果表面本發(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)際索力測量。

表7索力識別值與真實(shí)值對比

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)。