本發(fā)明基于線性模型修正的等代鉸接梁模型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)。可見，索力測量的準(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)的肖會闖的研究生畢業(yè)論文《索力振動法測量的試驗研究》，以及基于線性模型的振動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、基于線性模型的振動法拉索索力測量方法由于各階的線性模型均不同，要想獲得更高的測量精度，需要建立每階對應(yīng)的線性模型。而現(xiàn)場測量中，由于現(xiàn)場情況復(fù)雜，很難保證各階頻率均被采集到，而對于僅僅采集到的某幾階頻率，會導(dǎo)致線性模型在實際工程應(yīng)用中具有局限性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于線性模型修正的等代鉸接梁模型索力測量方法，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，而且能夠解決基于線性模型的振動法拉索索力測量方法由于一些頻率無法測量的局限性問題。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

基于線性模型修正的等代鉸接梁模型索力測量方法，包括以下步驟：

步驟a、在施工張拉過程中，對拉索施加m級索力t1、t2、…、tm，分別標(biāo)定待測拉索的索力ti和與索力ti對應(yīng)的n階振動頻率fi1、fi2、…、fin數(shù)據(jù)；

步驟b、按照如下公式，擬合ti關(guān)于的錨固前線性回歸系數(shù)：

其中，ak和bk表示與k階振動頻率fik對應(yīng)的線性回歸系數(shù)；

步驟c、按照如下公式，對拉索各階線性回歸系數(shù)ak和對應(yīng)階數(shù)k進(jìn)行計算，得到與階數(shù)k無關(guān)的穩(wěn)定系數(shù)

步驟d、利用按照如下公式，計算等代鉸接梁模型矯正長度la：

其中，m表示拉索線密度(kg/m)；

步驟e、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階振動頻率f1'，f2'，…，fn'；

步驟f、按照如下公式，利用步驟e得到的振動頻率f1'，f2'，…，fn'，得到修正后的n個索力t1，t2，…，tn：

步驟g、按照如下公式，將步驟f獲得的索力取平均計算，得到拉索的索力值：

得到的t即為拉索的索力值。

有益效果：

本發(fā)明通過對拉索各階線性回歸系數(shù)ak進(jìn)行計算，得到適用于各階的穩(wěn)定系數(shù)a，再利用a，計算與階數(shù)k無關(guān)的等代鉸接梁模型矯正長度la，不僅通過建立求解la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，而且消除了與階數(shù)的關(guān)系，解決了基于線性模型的振動法拉索索力測量方法中，由于某些階數(shù)頻率無法采集而造成該方法無法應(yīng)用的局限性問題。

附圖說明

圖1是pes7-109型拉索的截面示意圖。

圖2是拉索振動自功率譜頻譜圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

具體實施利一

本實施例的基于線性模型修正的等代鉸接梁模型索力測量方法，包括以下步驟：

步驟a、在施工張拉過程中，對拉索施加m級索力t1、t2、…、tm，分別標(biāo)定待測拉索的索力ti和與索力ti對應(yīng)的n階振動頻率fi1、fi2、…、fin數(shù)據(jù)；

步驟b、按照如下公式，擬合ti關(guān)于的錨固前線性回歸系數(shù)：

其中，ak和bk表示與k階振動頻率fik對應(yīng)的線性回歸系數(shù)；

步驟c、按照如下公式，對拉索各階線性回歸系數(shù)ak和對應(yīng)階數(shù)k進(jìn)行計算，得到與階數(shù)k無關(guān)的穩(wěn)定系數(shù)

步驟d、利用按照如下公式，計算等代鉸接梁模型矯正長度la：

其中，m表示拉索線密度(kg/m)；

步驟e、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階振動頻率f1'，f2'，…，fn'；

步驟f、按照如下公式，利用步驟e得到的振動頻率f1'，f2'，…，fn'，得到修正后的n個索力t1，t2，…，tn：

步驟g、按照如下公式，將步驟f獲得的索力取平均計算，得到拉索的索力值：

得到的t即為拉索的索力值。

具體實施利二

本實施例的基于線性模型修正的等代鉸接梁模型索力測量方法，依據(jù)具體實施利一的流程，對pes7-109型拉索進(jìn)行實際測量，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l＝24.41m，線密度m＝32.9kg/m，截面積a＝4195mm²，極限索力tlim＝7055kn，折算抗彎剛度ei＝280.08kn·m。

該方法如下：

步驟a、在施工張拉過程中，對拉索施加2級索力t1和t2，通過如圖2所示的拉索振動自功率譜頻譜圖，分別標(biāo)定待測拉索的索力ti和與索力ti對應(yīng)的n階振動頻率fi1、fi2、…、fin數(shù)據(jù)，如表1所示：

表1索力與振動頻率數(shù)據(jù)表

將表1中頻率的頻率數(shù)據(jù)變成頻率的平方，如表2所示：

表2索力與振動頻率平方數(shù)據(jù)表

步驟b、按照如下公式，擬合ti關(guān)于的錨固前線性回歸系數(shù)：

其中，ak和bk表示與k階振動頻率fik對應(yīng)的線性回歸系數(shù)；

對于只有兩個標(biāo)定索力時，即只有t1和t2時，可以將上述公式進(jìn)行簡化，為：

得到的ak計算結(jié)果如表3所示：

表3線性模型系數(shù)

步驟c、按照如下公式，對拉索各階線性回歸系數(shù)ak和對應(yīng)階數(shù)k進(jìn)行計算，得到與階數(shù)k無關(guān)的穩(wěn)定系數(shù)

其中，akk²的計算結(jié)果如表4所示：

表4akk²計算結(jié)果表

從表4中的數(shù)據(jù)，可以得到的計算結(jié)果為74.51；

步驟d、利用按照如下公式，計算等代鉸接梁模型矯正長度la：

其中，m表示拉索線密度(kg/m)；

在本實施例中，根據(jù)線密度m＝32.9kg/m，可以得到la＝23.8m；

步驟e、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階振動頻率f1'，f2'，…，fn'；

在本實施例中，施加的索力t'為1101kn，測量與力索t'對應(yīng)的n階振動頻率如表5所示：

表5待測標(biāo)定與振動頻率數(shù)據(jù)表

步驟f、按照如下公式，利用步驟e得到的振動頻率f1'，f2'，…，fn'，得到修正后的n個索力t1，t2，…，tn：

表4該索標(biāo)定t3下選取3階頻率索力計算值及均值

對于本實施例，求得的三個索力值分別為1087kn、1099kn和1126kn。

步驟g、按照如下公式，將步驟f獲得的索力取平均計算，得到拉索的索力值：

在本實施例中，t為1104kn。

最后，將按照本發(fā)明方法求得的索力計算結(jié)果1104kn與理論值1101kn進(jìn)行對比，相對誤差僅為0.26％，該結(jié)果表面本發(fā)明方法得到的索力計算結(jié)果與真實值偏差很小，可用于實際索力測量。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，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)。