[發明專利]一種確定大跨橋梁結構主梁橫向動位移的方法

有效

• 申請號: 201410149424.4
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103900785A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 王高新;丁幼亮;謝輝;宋永生
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明屬于大跨橋梁結構構件的荷載效應分析領域，涉及一種確定大跨橋梁結構構件荷載效應的方法，具體來說，涉及一種確定大跨橋梁結構主梁橫向動位移的方法。

背景技術

纜索承重的大跨橋梁結構體系在橋梁設計類型中已被廣泛采用，由于其輕柔特性主梁構件在受到較大風載時會出現明顯的橫向位移響應，從而嚴重影響到大跨橋梁結構在運營期間的正常使用和安全性能。因此研究大跨橋梁結構在風荷載響應下主梁跨中橫向動位移大小，具有重要現實意義。目前各國研究人員已經在理論推導、有限元模擬和風洞試驗方面對風荷載響應的主梁跨中橫向動位移進行了一定程度研究。然而，由于風載激勵對主梁橫向位移影響機制的復雜性，傳統的理論推導、有限元模擬和風洞試驗很難真實反映大跨橋梁結構在實際運營狀態下受風荷載作用的橫向動位移大小。

近年來隨著大跨橋梁健康監測技術發展，可以在結構構件上安裝監測儀器來直接獲取大跨橋梁結構在真實環境下的環境荷載和荷載響應監測數據，從而有效避免傳統的理論推導、有限元模擬和風洞試驗存在初始參數賦值偏差、初始邊界條件設定偏差以及次要影響因素的不恰當忽略的問題。但目前針對主梁構件橫向動位移這一部分的監測與分析工作甚少，主梁構件橫向動位移在真實環境條件下的變化規律仍然未知，尚未有研究提出一種確定大跨橋梁結構在真實環境條件下的主梁橫向動位移的方法。

發明內容

技術問題：本發明提出一種可以準確反映主梁構件橫向動位移的變化規律，能夠利用監測數據得到真實環境條件下的結果的確定大跨橋梁結構主梁橫向動位移的方法。

技術方案：本發明的一種確定大跨橋梁結構主梁構件橫向動位移的方法，包括如下步驟：

步驟（1）：采集主梁跨中GPS位移的監測數據：

在大跨橋梁的主梁跨中處安裝GPS位移監測站，對此處位移向量u(t)進行實時監測并以時間序列存儲，u(t)=[u_x(t),u_y(t),u_z(t)]，u_x(t),u_y(t),u_z(t)分別為GPS坐標系下的三軸方向位移，t表示時間，t=1,2,...,L，單位為秒，L表示時間長度；

步驟（2）：對監測數據進行矢量分解和均值處理，得到橫向動位移時程u_d(t)；

步驟（3）：利用高斯級數擬合橫向動位移數據的功率譜密度：

（a）首先利用改進周期圖法計算橫向動位移時程u_d(t)的功率譜密度P(f)，其中f表示頻率值，P表示譜密度值，然后分別以f、P為橫、縱坐標繪制功率譜密度圖；

（b）利用功率譜密度的峰值法從所述功率譜密度圖中確定非卓越頻帶區并記為f₁，所述非卓越頻帶區f₁在功率譜密度圖中對應的功率譜密度記為P₁，所述f₁與P₁在功率譜密度圖中的一一對應關系采用P₁(f₁)表示；

（c）利用功率譜密度的峰值法從功率譜密度圖中確定卓越頻帶區并記為f₂，卓越頻帶區f₂在功率譜密度圖中對應的功率譜密度記為P₂，f₂與P₂在功率譜密度圖中的一一對應關系采用P₂(f₂)表示；

（d）對非卓越頻帶區f₁及其對應的功率譜密度P₁進行4階高斯級數表達式擬合，確定非卓越頻帶區f₁的功率譜密度擬合函數具體流程為：

d1）將f₁與P₁分別取以10為底的對數，并代入下式所示的4階高斯級數表達式：