本發(fā)明基于磁通量法修正的拉索錨固后線性模型索力測(cè)量方法屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

對(duì)于索支承橋梁和體外預(yù)應(yīng)力橋梁，振動(dòng)法索力測(cè)量是檢測(cè)拉索受力狀態(tài)的主要手段，該手段利用拉索索力與固有振動(dòng)頻率之間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)測(cè)量固有振動(dòng)頻率來(lái)獲得拉索索力。然而，在拉索長(zhǎng)度相對(duì)較短的情況下，函數(shù)關(guān)系的邊界條件及自身剛度的影響較為顯著，使得索力與固有振動(dòng)頻率之間的關(guān)系變得復(fù)雜，這直接影響了這種方法的測(cè)量精度。

為了解決因索力與固有振動(dòng)頻率之間關(guān)系復(fù)雜而出現(xiàn)的索力測(cè)量精度低的問(wèn)題，許多學(xué)者考慮到了邊界條件、有效長(zhǎng)度、截面抗彎剛度對(duì)于索力的影響，進(jìn)而在各階頻率與索力之間建立考慮上述因素的最小二乘方法。從本質(zhì)上講，這樣的方法是一個(gè)基于樣本觀測(cè)的逆問(wèn)題，由樣本值找到某頻率值處對(duì)應(yīng)的索力。然而，對(duì)于逆問(wèn)題而言，當(dāng)同時(shí)識(shí)別的參數(shù)較多且樣本數(shù)量有限時(shí)，將面臨求解效率低，多解和解不穩(wěn)定的問(wèn)題。

申請(qǐng)?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(cè)量方法》公開(kāi)了一種索力測(cè)量方法，該方法同其他方法相比，具有方法簡(jiǎn)潔、測(cè)量精度高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。然而，這種方法并沒(méi)有考慮到實(shí)際工程中拉索錨固的環(huán)節(jié)，由于在拉索錨固后，錨固損失和邊界條件轉(zhuǎn)化對(duì)索力估計(jì)的影響存在很大的不確定性，因此采用這種方法測(cè)量錨固后的拉索索力，還會(huì)存在一定的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提高錨固后拉索索力的測(cè)量精度，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于磁通量法修正的拉索錨固后線性模型索力測(cè)量方法，該方法以申請(qǐng)?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(cè)量方法》所公開(kāi)的索力測(cè)量方法為基礎(chǔ)，并考慮到了拉索在錨固前后索力損失和邊界條件轉(zhuǎn)化的影響，通過(guò)建立拉索錨固后線性模型來(lái)探索拉索錨固后索力與振動(dòng)頻率之間的關(guān)系，有利于準(zhǔn)確識(shí)別拉索錨固后的索力，進(jìn)一步提高索力測(cè)量精度。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

基于磁通量法修正的拉索錨固后線性模型索力測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟a、在橋梁調(diào)索施工過(guò)程中，對(duì)拉索施加二級(jí)或多級(jí)不同的索力T_i，分別標(biāo)定與索力T_i對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f_i1、f_i2、...、f_in；

步驟b、根據(jù)錨固前線性模型

擬合索力T_i關(guān)于第k階振動(dòng)頻率f_ik的錨固前線性回歸系數(shù)A_k和B_k；

步驟c、拉索在某一拉力水平下進(jìn)行錨固，通過(guò)磁通量法識(shí)別錨固后的拉索索力值T_b'；

步驟d、用振動(dòng)法測(cè)量錨固后拉索的n階振動(dòng)頻率f_b1'、f_b2'、...、f_bn'；

步驟e、將f_b1'、f_b2'、...、f_bn'帶入到步驟b所示的錨固前線性模型中，得到在步驟c所述拉力水平下，與錨固后拉索的n階振動(dòng)頻率f_b1'、f_b2'、...、f_bn'對(duì)應(yīng)錨固前線性模型中的索力

步驟f、確定拉索錨固前后邊界條件轉(zhuǎn)化對(duì)線性模型的影響量ΔT

步驟g、確定錨固后線性模型

步驟h、在橋梁運(yùn)營(yíng)階段測(cè)試待測(cè)拉索的n階振動(dòng)頻率f_i1'、f_i2'、...、f_in'；

步驟i、將步驟h獲得的n階振動(dòng)頻率f_i1'、f_i2'、...、f_in'帶入到步驟g得到的錨固后線性模型，得到n個(gè)索力估計(jì)值。

有益效果：

本發(fā)明在橋梁調(diào)索施工中記錄待測(cè)拉索的二級(jí)或多級(jí)的索力，并測(cè)試所述待測(cè)拉索的相應(yīng)受力水平下的各階振動(dòng)頻率，從而識(shí)別拉索各階線性模型的系數(shù)以確定拉索錨固前各階線性模型；通過(guò)磁通量法識(shí)別其錨固后索力值，通過(guò)錨固后拉索索力與其各階自振頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)拉索錨固前各階線性模型進(jìn)行修正，進(jìn)而得到拉索錨固后線性模型；在橋梁運(yùn)營(yíng)階段利用所得錨固后線性模型識(shí)別待測(cè)拉索的索力。在上述方法下，可以得到精度較高的拉索錨固后索力估計(jì)值，解決了傳統(tǒng)方法無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別拉索錨固損失和錨固前后邊界條件轉(zhuǎn)化對(duì)拉索索力的影響，大大減少了拉索因?yàn)殄^固這一環(huán)節(jié)帶來(lái)的索力估計(jì)的不確定性，提高了實(shí)際工程中拉索錨固后索力的估計(jì)精度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明基于磁通量法修正的拉索錨固后線性模型索力測(cè)量方法流程圖。

圖2是具體實(shí)施例二所采用的PESM-139型拉索截面圖。

圖3是拉索振動(dòng)自功率譜頻譜圖。

圖4是錨固后的拉索示意圖。

圖5是錨固后線性模型與索力識(shí)別圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)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)施例的基于磁通量法修正的拉索錨固后線性模型索力測(cè)量方法，流程圖如圖1所示，該方法包括以下步驟：

步驟a、在橋梁調(diào)索施工過(guò)程中，對(duì)拉索施加二級(jí)或多級(jí)不同的索力T_i，分別標(biāo)定與索力T_i對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f_i1、f_i2、...、f_in；

步驟b、根據(jù)錨固前線性模型

擬合索力T_i關(guān)于第k階振動(dòng)頻率f_ik的錨固前線性回歸系數(shù)A_k和B_k；

步驟c、拉索在某一拉力水平下進(jìn)行錨固，通過(guò)磁通量法(郝超,裴岷山,強(qiáng)士中.斜拉橋索力測(cè)試新方法—磁通量法[J].公路,2000,(11):30-31.)識(shí)別錨固后的拉索索力值T_b'；

步驟d、用振動(dòng)法(陳剛.振動(dòng)法測(cè)索力與實(shí)用公式[D].福州大學(xué),2004.)測(cè)量錨固后拉索的n階振動(dòng)頻率f_b1'、f_b2'、...、f_bn'；

步驟e、將f_b1'、f_b2'、...、f_bn'帶入到步驟b所示的錨固前線性模型中，得到在步驟c所述拉力水平下，與錨固后拉索的n階振動(dòng)頻率f_b1'、f_b2'、...、f_bn'對(duì)應(yīng)錨固前線性模型中的索力

步驟f、確定拉索錨固前后邊界條件轉(zhuǎn)化對(duì)線性模型的影響量ΔT

步驟g、確定錨固后線性模型

步驟h、在橋梁運(yùn)營(yíng)階段測(cè)試待測(cè)拉索的n階振動(dòng)頻率f_i1'、f_i2'、...、f_in'；

步驟i、將步驟h獲得的n階振動(dòng)頻率f_i1'、f_i2'、...、f_in'帶入到步驟g得到的錨固后線性模型，得到n個(gè)索力估計(jì)值。

具體實(shí)施例二

本實(shí)施例的基于磁通量法修正的拉索錨固后線性模型索力測(cè)量方法，以一根型號(hào)PESM-139的拉索的張拉測(cè)試試驗(yàn)為例，對(duì)本發(fā)明方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本例拉索為PESM-139型，截面139根鋼絲，間隙及外部由聚乙烯(PE)包裹，如圖2所示。該拉索的索長(zhǎng)l＝53.039m，線密度m＝42kg/m，截面積A＝5349mm²，極限索力T_lim＝8993kN，彈性模量E＝2.0×10⁵MPa。截面抗彎慣性矩I是梁的力學(xué)參數(shù)。

基于PESM-139型拉索，對(duì)本方法的實(shí)施效果進(jìn)行驗(yàn)證。

步驟a、在橋梁調(diào)索施工過(guò)程中，對(duì)拉索施加二級(jí)不同的索力T₁和T₂，分別標(biāo)定與索力T₁對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f₁₁、f₁₂、...、f_1n和與索力T₂對(duì)應(yīng)的n階振動(dòng)頻率f₂₁、f₂₂、...、f_2n；

在以上過(guò)程中，拉索振動(dòng)頻率的頻譜圖如圖3所示，從圖3中，能夠識(shí)別出拉索多階振動(dòng)頻率。

測(cè)試得到的兩組索力值T₁和T₂及其對(duì)應(yīng)的其中5階(7、8、9、10和11階)振動(dòng)頻率如表1所示：

表1索力與對(duì)應(yīng)振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)表

步驟b、根據(jù)錨固前線性模型

擬合索力T_i關(guān)于第k階振動(dòng)頻率f_ik的錨固前線性回歸系數(shù)A_k和B_k；對(duì)于標(biāo)定次數(shù)為2的本實(shí)施例，直接采用以下簡(jiǎn)化公式直接計(jì)算A_k和B_k，

將表1中的數(shù)據(jù)帶入到上述簡(jiǎn)化公式，得到A_k和B_k的計(jì)算結(jié)果如表2所示：

表2 A_k和B_k的計(jì)算結(jié)果表

步驟c、拉索在1515kN的拉力水平下進(jìn)行錨固，如圖4所示，通過(guò)磁通量法識(shí)別錨固后的拉索索力值T_b'＝1460kN；

步驟d、用振動(dòng)法測(cè)量錨固后拉索的n階振動(dòng)頻率f_b1'、f_b2'、...、f_bn'；

步驟e、將f_b1'、f_b2'、...、f_bn'帶入到步驟b所示的錨固前線性模型中，得到在步驟c所述拉力水平下，與錨固后拉索的n階振動(dòng)頻率f_b1'、f_b2'、...、f_bn'對(duì)應(yīng)錨固前線性模型中的索力如表3所示：

表3錨固前線性模型中索力與振動(dòng)頻率對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表

步驟f、確定拉索錨固前后邊界條件轉(zhuǎn)化對(duì)線性模型的影響量ΔT

步驟g、確定錨固后線性模型

步驟h、在橋梁運(yùn)營(yíng)階段測(cè)試待測(cè)拉索的n階振動(dòng)頻率f_i1'、f_i2'、...、f_in'，如表4所示：

表4振動(dòng)頻率測(cè)試結(jié)果表

步驟i、將步驟h獲得的n階振動(dòng)頻率f_i1'、f_i2'、...、f_in'帶入到步驟g得到的錨固后線性模型中，得到n個(gè)索力估計(jì)值，分別如圖5和如表5所示：

表5索力估計(jì)值與振動(dòng)頻率對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表

對(duì)比表3和表5中的數(shù)據(jù)可以看出，按照本發(fā)明方法得到的索力與1515kN的誤差明顯小于表3得到的錨固前的結(jié)果，因此證明了本發(fā)明方法提高了錨固后的索力估計(jì)精度。

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)。