基于荷载增量标定的等代铰接梁索力测量方法

摘要

本发明基于荷载增量标定的等代铰接梁索力测量方法属于土木工程技术领域，具体涉及一种振动法拉索索力测量方法；该方法通过在拉索附近施加已知重量荷载的方式，获取索力增量ΔT以及施加荷载前后的索力对应的各阶频率f

说明书

技术领域

本发明基于荷载增量标定的等代铰接梁索力测量方法属于土木工程技术领域，具体涉及一种振动法拉索索力测量方法。

背景技术

拉索是索体系桥梁的主要受力构件，对索体系桥梁进行力的传递和分配。拉索索力不仅是索体系桥梁设计的重要参数之一，而且是桥梁施工控制以及评估桥梁正常使用状态的重要指标。可见，索力测量的准确性至关重要。

为了提高拉索索力的测量精度，出现了等代铰接梁方法，例如哈尔滨工业大学的肖会闯的研究生毕业论文《索力振动法测量的试验研究》，以及基于线性模型的振动法拉索索力测量方法(申请号为201710237087.8的发明专利《基于等代铰接梁模型的拉索索力测量方法》)。在该方法中，核心公式如下：

其中，T表示拉索索力(N)，m表示拉索线密度(kg/m)，L_ak表示拉索k阶振型对应的等代铰接梁模型长度(m)，f_k表示k阶自振频率(Hz)，EI表示索截面抗弯刚度(N·m2)，π表示圆周率。

等代铰接梁法虽然能够提高拉索索力测量精度，若想得到较为精确的等代铰接梁长度L_ak，需要在施工阶段对拉索进行张拉标定，然而，在实际工程应用中，对于绝大多数已经建成的桥梁，其拉索是没有条件进行张拉标定的。因此，等代铰接梁法在实际工程应用中具有局限性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种基于荷载增量标定的等代铰接梁索力测量方法，该方法能够解决实际工程应用中桥梁的绝大多数拉索无法再次进行张拉标定，导致等代铰接梁法适用范围小的局限性问题。

本发明的目的是这样实现的：

基于荷载增量标定的等代铰接梁索力测量方法，包括以下步骤：

步骤a、在待测拉索附近通过堆放沙袋方式进行加载，标定两级拉索索力T_i和索力T_i对应的n阶振动频率f_i1、...、f_ik、...、f_in数据；

其中，i＝1、2，表示加载级别；T_i表示第i级拉索索力；f_ik表示索力T_i对应k阶振动频率数据；

步骤b、根据所测得n阶振动频率f_i1、...、f_ik、...、f_in数据及索力增量ΔT，按照如下公式，计算第k阶振动频率对应的等代铰接梁长度L_ak：

其中，m表示拉索线密度(kg/m)；

步骤c、利用L_ak，按照如下公式，计算对各阶普适的矫正长度

步骤d、在桥梁后续运营及加固阶段，对拉索施加任意两级索力T_i′,测量与力索T_i′对应的n阶振动频率f_i1′，...，f_ik′，...，f_in′；

步骤e、按照如下公式，根据步骤d中得到的n阶振动频率f_i1′，...，f_ik′，...，f_in′数据，得到两级加载情况下修正后的各阶索力T_ik′：

步骤f、按照如下公式，将步骤e中获得索力取平均计算得到两级索力的平均值

得到的即为索力估计值。

有益效果：

本发明通过在拉索附近施加已知重量荷载的方式，获取索力增量ΔT以及施加荷载前后的索力对应的各阶频率f_i1、...、f_ik、...、f_in，通过对拉索各阶频率对应的等代铰接梁长度L_ak进行计算，得到对各阶频率普适的矫正长度通过建立求解的模型，引入了平均的思想，提高了测量精度，解决了实际工程应用中已建成桥梁的拉索无法再次进行张拉标定，导致等代铰接梁法适用范围小的局限性问题。

附图说明

图1是PES7-109型拉索的截面示意图。

图2是拉索振动自功率谱频谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。

具体实施例一

本实施例的基于荷载增量标定的等代铰接梁索力测量方法，包括以下步骤：

步骤a、在待测拉索附近通过堆放沙袋方式进行加载，标定两级拉索索力T_i和索力T_i对应的n阶振动频率f_i1、...、f_ik、...、f_in数据；

其中，i＝1、2，表示加载级别；T_i表示第i级拉索索力；f_ik表示索力T_i对应k阶振动频率数据；

步骤b、根据所测得n阶振动频率f_i1、...、f_ik、...、f_in数据及索力增量ΔT，按照如下公式，计算第k阶振动频率对应的等代铰接梁长度L_ak：

其中，m表示拉索线密度(kg/m)；

步骤c、利用L_ak，按照如下公式，计算对各阶普适的矫正长度

步骤d、在桥梁后续运营及加固阶段，对拉索施加任意两级索力T_i′,测量与力索T_i′对应的n阶振动频率f_i1′，...，f_ik′，...，f_in′；

步骤e、按照如下公式，根据步骤d中得到的n阶振动频率f_i1′，...，f_ik′，...，f_in′数据，得到两级加载情况下修正后的各阶索力T_ik′：

步骤f、按照如下公式，将步骤e中获得索力取平均计算得到两级索力的平均值

得到的即为索力估计值。

具体实施例二

本实施例的基于荷载增量标定的等代铰接梁索力测量方法，依据具体实施例一的流程，对PES7-109型拉索进行实际测量，该拉索的截面示意图如图1所示。该拉索的技术参数如下：索长l＝69.04m，线密度m＝46kg/m，截面积A＝5349mm²，极限索力T_lim＝8993kN，折算抗弯刚度EI＝446.26kN·m。

该方法如下：

步骤a、在待测拉索附近通过堆放沙袋方式进行加载，对拉索施加两级索力T₁和T₂，通过如图2所示的拉索振动自功率谱频谱图，分别标定两级拉索索力T_i和索力T_i对应的n阶振动频率f_i1、...、f_ik、...、f_in数据，如表1所示：

表1振动频率及索力增量数据表

将表1中频率的频率数据变成频率的平方，如表2所示：

表2振动频率平方数据表

步骤b、根据所测得n阶振动频率f_i1、...、f_ik、...、f_in数据及索力增量ΔT，按照如下公式，计算第k阶振动频率对应的等代铰接梁长度L_ak：

其中，m表示拉索线密度(kg/m)；

在本实施例中，根据线密度m＝46kg/m，可以得到第k阶振动频率对应的等代铰接梁长度L_ak计算结果如表3所示：

表3等代铰接梁长度数据表

步骤c、利用L_ak，按照如下公式，计算对各阶普适的矫正长度

由表3中的数据，可以得到的计算结果为66.09m；

步骤d、在桥梁后续运营及加固阶段，对拉索施加任意两级索力T_i′,测量与力索T_i′对应的n阶振动频率f_i1′，...，f_ik′，...，f_in′；

本实施例中，为体现本发明依据上述方法所得到的拉索索力估计值与实际值的偏差，采用步骤a中施加的索力T₁为1205N，T₂为1515N，对应的振动频率如表1所示；

步骤e、按照如下公式，根据步骤d中得到的n阶振动频率f_i1′，...，f_ik′，...，f_in′数据，得到两级加载情况下修正后的各阶索力T_ik′：

表4该索12阶频率索力值

步骤f、按照如下公式，将步骤e中获得索力取平均计算得到两级索力的平均值

由表4中的数据，可以得到两级加载情况下索力的平均值：

最后，将按照本发明方法求得的两级索力计算结果为1186.94kN，为1496.94kN，与理论值1205kN和1515kN进行对比，相对误差仅为-1.49％和-1.19％，该结果表明本发明方法得到的索力计算结果与真实值偏差很小，可用于实际索力测量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。