[發明專利]一種索張力的高精度動測法

有效

• 申請號: 201610652889.0
• 申請日: 2016-08-10
• 公開（公告）號: CN106323528B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 馬麟
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01L5/04
• 分類號: G01L5/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種索張力的高精度動測法，包括以下步驟：步驟一，由斜拉索的振動模型，建立結合垂度效應、剛度效應和傾斜角因素的拉索振動方程；步驟二，采用有限差分法對振動方程進行離散，得到其矩陣表達式；計算矩陣特征值，得到給定索張力下的振動頻率；步驟三，基于特征值矩陣進行迭代求解，獲得給定振動頻率下包括索張力、抗彎剛度和軸向剛度的系統參數。本發明的振動方程中考慮了剛度、垂度、傾斜角和邊界轉動剛度的影響，采用了多階頻率進行計算，可以對多個系統參數進行識別，無需對索的抗彎剛度和邊界條件等進行粗略的假設，提高測試的精度。

技術領域

本發明涉及一種高精度的索張力動測法，屬于橋梁工程技術領域。

背景技術

斜拉索是斜拉橋的主要承載構件之一，其張力的大小直接關系到斜拉橋主梁及塔柱的受力狀況，因此，斜拉索張力測試的準確與否直接關系到斜拉橋施工控制的順利進行和斜拉橋建成投入使用后的安全運營。

索力測試方法有油壓表法、壓力傳感器法、振動頻率法和磁通量傳感器法等。其中振動頻率法因其簡單、快速以及適于斜拉橋建成投入使用后的索力測試而獲得廣泛應用。其原理是索的自振頻率和剛度主要由索的張力決定，并與索張力有定量的關系。通過測定拉索自振頻率，可計算出索張力。但實踐證明，已有的振動法得到的索力與實際索力經常存在一定誤差，主要原因是對索抗彎剛度、垂度效應、傾斜角和邊界條件等考慮不足。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種索張力的高精度動測法，解決了現有技術中振動頻率法沒有考慮抗彎剛度、垂度效應和傾斜角因素影響其測量結果準確性的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種索張力的高精度動測法，其特征是，包括以下步驟：

步驟一，由斜拉索的振動模型，建立結合垂度效應、剛度效應和傾斜角因素的拉索振動方程；

步驟二，采用有限差分法對振動方程進行離散，得到其矩陣表達式；計算矩陣特征值，得到給定索張力下的振動頻率；

步驟三，基于特征值矩陣進行迭代求解，獲得給定振動頻率下包括索張力、抗彎剛度和軸向剛度的系統參數。

進一步的，在步驟一中，所述結合垂度效應、剛度效應和傾斜角因素的拉索振動方程為：

其中，EI為拉索彎曲剛度，φ表示振型，H表示拉索靜止狀態下的索張力沿x方向的分量，y為拉索靜止狀態下的撓度；L表示索在x方向的投影長度，EA表示軸向剛度，m為單位長度索的質量；ds＝(dx²+dy²)^1/2是拉索微元的長度，ω為無阻尼頻率。

進一步的，在步驟二中，有限差分法對振動方程進行離散后得到其矩陣表達式為：

(K-ω²M)w＝0

K＝K₁+K₂；w^T＝{w₁,w₂,...,w_n}

其中，n表示劃分的拉索節點數目，拉索n等分，每個節段的在x方向的投影長度為記為a，w是非零的列向量，因此，振動頻率系數矩陣的行列等于零，即|K-ω²M|＝0，對此式進行特征值求解可解得拉索的振動頻率；其中K₁表示線性的剛度矩陣，其表達式如下：

其中：