基于磁通量法修正的拉索锚固后线性模型索力测量方法与流程

本发明基于磁通量法修正的拉索锚固后线性模型索力测量方法属于土木工程技术领域。

背景技术：

对于索支承桥梁和体外预应力桥梁，振动法索力测量是检测拉索受力状态的主要手段，该手段利用拉索索力与固有振动频率之间的函数关系，通过测量固有振动频率来获得拉索索力。然而，在拉索长度相对较短的情况下，函数关系的边界条件及自身刚度的影响较为显著，使得索力与固有振动频率之间的关系变得复杂，这直接影响了这种方法的测量精度。

为了解决因索力与固有振动频率之间关系复杂而出现的索力测量精度低的问题，许多学者考虑到了边界条件、有效长度、截面抗弯刚度对于索力的影响，进而在各阶频率与索力之间建立考虑上述因素的最小二乘方法。从本质上讲，这样的方法是一个基于样本观测的逆问题，由样本值找到某频率值处对应的索力。然而，对于逆问题而言，当同时识别的参数较多且样本数量有限时，将面临求解效率低，多解和解不稳定的问题。

申请号为201510357998.5的发明专利《基于线性模型的振动法拉索索力测量方法》公开了一种索力测量方法，该方法同其他方法相比，具有方法简洁、测量精度高的技术优势。然而，这种方法并没有考虑到实际工程中拉索锚固的环节，由于在拉索锚固后，锚固损失和边界条件转化对索力估计的影响存在很大的不确定性，因此采用这种方法测量锚固后的拉索索力，还会存在一定的误差。

技术实现要素：

为了提高锚固后拉索索力的测量精度，本发明公开了一种基于磁通量法修正的拉索锚固后线性模型索力测量方法，该方法以申请号为201510357998.5的发明专利《基于线性模型的振动法拉索索力测量方法》所公开的索力测量方法为基础，并考虑到了拉索在锚固前后索力损失和边界条件转化的影响，通过建立拉索锚固后线性模型来探索拉索锚固后索力与振动频率之间的关系，有利于准确识别拉索锚固后的索力，进一步提高索力测量精度。

本发明的目的是这样实现的：

基于磁通量法修正的拉索锚固后线性模型索力测量方法，包括以下步骤：

步骤a、在桥梁调索施工过程中，对拉索施加二级或多级不同的索力T_i，分别标定与索力T_i对应的n阶振动频率f_i1、f_i2、...、f_in；

步骤b、根据锚固前线性模型

拟合索力T_i关于第k阶振动频率f_ik的锚固前线性回归系数A_k和B_k；

步骤c、拉索在某一拉力水平下进行锚固，通过磁通量法识别锚固后的拉索索力值T_b'；

步骤d、用振动法测量锚固后拉索的n阶振动频率f_b1'、f_b2'、...、f_bn'；

步骤e、将f_b1'、f_b2'、...、f_bn'带入到步骤b所示的锚固前线性模型中，得到在步骤c所述拉力水平下，与锚固后拉索的n阶振动频率f_b1'、f_b2'、...、f_bn'对应锚固前线性模型中的索力

步骤f、确定拉索锚固前后边界条件转化对线性模型的影响量ΔT

步骤g、确定锚固后线性模型

步骤h、在桥梁运营阶段测试待测拉索的n阶振动频率f_i1'、f_i2'、...、f_in'；

步骤i、将步骤h获得的n阶振动频率f_i1'、f_i2'、...、f_in'带入到步骤g得到的锚固后线性模型，得到n个索力估计值。

有益效果：

本发明在桥梁调索施工中记录待测拉索的二级或多级的索力，并测试所述待测拉索的相应受力水平下的各阶振动频率，从而识别拉索各阶线性模型的系数以确定拉索锚固前各阶线性模型；通过磁通量法识别其锚固后索力值，通过锚固后拉索索力与其各阶自振频率的对应关系对拉索锚固前各阶线性模型进行修正，进而得到拉索锚固后线性模型；在桥梁运营阶段利用所得锚固后线性模型识别待测拉索的索力。在上述方法下，可以得到精度较高的拉索锚固后索力估计值，解决了传统方法无法准确识别拉索锚固损失和锚固前后边界条件转化对拉索索力的影响，大大减少了拉索因为锚固这一环节带来的索力估计的不确定性，提高了实际工程中拉索锚固后索力的估计精度。

附图说明

图1是本发明基于磁通量法修正的拉索锚固后线性模型索力测量方法流程图。

图2是具体实施例二所采用的PESM-139型拉索截面图。

图3是拉索振动自功率谱频谱图。

图4是锚固后的拉索示意图。

图5是锚固后线性模型与索力识别图。

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

本实施例的基于磁通量法修正的拉索锚固后线性模型索力测量方法，流程图如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤a、在桥梁调索施工过程中，对拉索施加二级或多级不同的索力T_i，分别标定与索力T_i对应的n阶振动频率f_i1、f_i2、...、f_in；

步骤b、根据锚固前线性模型

拟合索力T_i关于第k阶振动频率f_ik的锚固前线性回归系数A_k和B_k；

步骤c、拉索在某一拉力水平下进行锚固，通过磁通量法(郝超,裴岷山,强士中.斜拉桥索力测试新方法—磁通量法[J].公路,2000,(11):30-31.)识别锚固后的拉索索力值T_b'；

步骤d、用振动法(陈刚.振动法测索力与实用公式[D].福州大学,2004.)测量锚固后拉索的n阶振动频率f_b1'、f_b2'、...、f_bn'；

步骤e、将f_b1'、f_b2'、...、f_bn'带入到步骤b所示的锚固前线性模型中，得到在步骤c所述拉力水平下，与锚固后拉索的n阶振动频率f_b1'、f_b2'、...、f_bn'对应锚固前线性模型中的索力

步骤f、确定拉索锚固前后边界条件转化对线性模型的影响量ΔT

步骤g、确定锚固后线性模型

步骤h、在桥梁运营阶段测试待测拉索的n阶振动频率f_i1'、f_i2'、...、f_in'；

步骤i、将步骤h获得的n阶振动频率f_i1'、f_i2'、...、f_in'带入到步骤g得到的锚固后线性模型，得到n个索力估计值。

具体实施例二

本实施例的基于磁通量法修正的拉索锚固后线性模型索力测量方法，以一根型号PESM-139的拉索的张拉测试试验为例，对本发明方法作进一步详细说明。

本例拉索为PESM-139型，截面139根钢丝，间隙及外部由聚乙烯(PE)包裹，如图2所示。该拉索的索长l＝53.039m，线密度m＝42kg/m，截面积A＝5349mm²，极限索力T_lim＝8993kN，弹性模量E＝2.0×10⁵MPa。截面抗弯惯性矩I是梁的力学参数。

基于PESM-139型拉索，对本方法的实施效果进行验证。

步骤a、在桥梁调索施工过程中，对拉索施加二级不同的索力T₁和T₂，分别标定与索力T₁对应的n阶振动频率f₁₁、f₁₂、...、f_1n和与索力T₂对应的n阶振动频率f₂₁、f₂₂、...、f_2n；

在以上过程中，拉索振动频率的频谱图如图3所示，从图3中，能够识别出拉索多阶振动频率。

测试得到的两组索力值T₁和T₂及其对应的其中5阶(7、8、9、10和11阶)振动频率如表1所示：

表1索力与对应振动频率数据表

步骤b、根据锚固前线性模型

拟合索力T_i关于第k阶振动频率f_ik的锚固前线性回归系数A_k和B_k；对于标定次数为2的本实施例，直接采用以下简化公式直接计算A_k和B_k，

将表1中的数据带入到上述简化公式，得到A_k和B_k的计算结果如表2所示：

表2 A_k和B_k的计算结果表

步骤c、拉索在1515kN的拉力水平下进行锚固，如图4所示，通过磁通量法识别锚固后的拉索索力值T_b'＝1460kN；

步骤d、用振动法测量锚固后拉索的n阶振动频率f_b1'、f_b2'、...、f_bn'；

步骤e、将f_b1'、f_b2'、...、f_bn'带入到步骤b所示的锚固前线性模型中，得到在步骤c所述拉力水平下，与锚固后拉索的n阶振动频率f_b1'、f_b2'、...、f_bn'对应锚固前线性模型中的索力如表3所示：

表3锚固前线性模型中索力与振动频率对应数据表

步骤f、确定拉索锚固前后边界条件转化对线性模型的影响量ΔT

步骤g、确定锚固后线性模型

步骤h、在桥梁运营阶段测试待测拉索的n阶振动频率f_i1'、f_i2'、...、f_in'，如表4所示：

表4振动频率测试结果表

步骤i、将步骤h获得的n阶振动频率f_i1'、f_i2'、...、f_in'带入到步骤g得到的锚固后线性模型中，得到n个索力估计值，分别如图5和如表5所示：

表5索力估计值与振动频率对应数据表

对比表3和表5中的数据可以看出，按照本发明方法得到的索力与1515kN的误差明显小于表3得到的锚固前的结果，因此证明了本发明方法提高了锚固后的索力估计精度。

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。