专利名称：考虑减振阻尼器作用的斜拉索索力计算方法
技术领域：
本发明涉及斜拉桥设计技术领域，特别是一种考虑减振阻尼器作用的斜拉索索力计算方法。
背景技术：
现有的斜拉桥普遍应用减振阻尼器以避免斜拉索的大幅振动。减振阻尼器的安装会改变斜拉索的实测基频，但不会改变斜拉索的实际索力。因此，在斜拉索的索力计算过程中，应考虑减振阻尼器的作用。通过在斜拉索运动方程的阻尼项中考虑减振阻尼器的作用，通过复数特征值的数值方法求解该运动方程得到斜拉索的实际索力。由于此种方法较为繁琐，因此，工程上常用等效索长的近似公式方法来计算考虑减振阻尼器的斜拉索索力值，即假定减振阻尼器安装前后索力计算公式不变，利用调整后斜拉索的等效计算索长和安装减·振阻尼器后的斜拉索实测频率来计算斜拉索的实际索力值。随着计算技术特别是数值计算方法的不断发展，如果需要得到更为精确的索力值，就应当采用数值方法求解考虑减振阻尼器作用的斜拉索运动方程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种考虑减振阻尼器作用的斜拉索索力计算方法，该方法有利于提高斜拉索索力计算结果的准确性。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种考虑减振阻尼器作用的斜拉索索力计算方法，包括以下步骤
步骤I :在斜拉索安装减振阻尼器前，测量安装减振阻尼器前斜拉索的振动频率H，并通过计算得到安装减振阻尼器前斜拉索的索力值T ;安装完减振阻尼器后，再次测量安装减振阻尼器后斜拉索的振动频率f2 ；
步骤2 :针对已安装减振阻尼器的斜拉索，将所述减振阻尼器简化为弹性支撑，并在考虑弯曲刚度的斜拉索面内运动方程的荷载项中考虑所述弹性支撑的作用；
步骤3 :假定在安装减振阻尼器前后所述斜拉索的索力值不变，并预设减振阻尼器的等效刚度值，将减振阻尼器的预设刚度值、安装位置、斜拉索弹性模量、斜拉索截面面积、斜拉索外径、斜拉索线密度、斜拉索水平倾角、斜拉索索长、斜拉索等分节段数和斜拉索的索力值代入考虑弯曲刚度的斜拉索面内运动方程，并利用有限差分的数值方法进行求解，得到斜拉索振动的计算频率f3 ;计算所述斜拉索振动的计算频率f3与实测的振动频率f2之间的差值，若所述差值超出误差允许范围，则调整减振阻尼器的预设刚度值，并重新计算斜拉索振动的计算频率，直到斜拉索振动的计算频率f3与实测的振动频率f2的差值落在误差允许范围内，从而得到减振阻尼器的等效刚度值；
步骤4:对斜拉索索力进行预估，将所述减振阻尼器的等效刚度值、安装位置、斜拉索弹性模量、斜拉索截面面积、斜拉索外径、斜拉索线密度、斜拉索水平倾角、斜拉索索长、斜拉索等分节段数和预估索力值代入考虑弯曲刚度的斜拉索面内运动方程，并利用有限差分的数值方法进行求解，得到斜拉索振动的计算频率f4 ；
步骤5 :计算所述斜拉索振动的计算频率f4与实测的振动频率f2之间的差值，若所述差值超出误差允许范围，则调整预估索力值，并返回步骤4，重新计算斜拉索振动的计算频率，直到斜拉索振动的计算频率f4与实测的振动频率f2的差值落在误差允许范围内；步骤6 :使斜拉索振动的计算频率f4与实测的振动频率f2的差值落在误差允许范围内的预估索力值就是斜拉索的实际索力值。本发明的有益效果是可以提高斜拉索索力计算结果的准确性和精度，并且可以考虑斜拉索自身抗弯刚度对斜拉索索力测量结果的影响。下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
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图I是本发明实施例安装有减振阻尼器的斜拉索的几何形状示意图。图2是本发明实施例安装有减振阻尼器的斜拉索的离散模型示意图。图3是本发明实施例的工作流程图。
具体实施例方式本发明考虑减振阻尼器作用的斜拉索索力计算方法，如图3所示，包括以下步骤 步骤I:在斜拉索安装减振阻尼器前，测量安装减振阻尼器前斜拉索的振动频率Π，并
通过计算得到安装减振阻尼器前斜拉索的索力值T ;安装完减振阻尼器后，再次测量安装减振阻尼器后斜拉索的振动频率f2 ；
步骤2 :针对已安装减振阻尼器的斜拉索，将所述减振阻尼器简化为弹性支撑，并在考虑弯曲刚度的斜拉索面内运动方程的荷载项中考虑所述弹性支撑的作用；
步骤3 :假定在安装减振阻尼器前后所述斜拉索的索力值不变，并预设减振阻尼器的等效刚度值，将减振阻尼器的预设刚度值、安装位置、斜拉索弹性模量、斜拉索截面面积、斜拉索外径、斜拉索线密度、斜拉索水平倾角、斜拉索索长、斜拉索等分节段数和斜拉索的索力值代入考虑弯曲刚度的斜拉索面内运动方程，并利用有限差分的数值方法进行求解，得到斜拉索振动的计算频率f3 ;计算所述斜拉索振动的计算频率f3与实测的振动频率f2之间的差值，若所述差值超出误差允许范围，则调整减振阻尼器的预设刚度值，并重新计算斜拉索振动的计算频率，直到斜拉索振动的计算频率f3与实测的振动频率f2的差值落在误差允许范围内，使斜拉索振动的计算频率f3与实测的振动频率f2的差值落在误差允许范围内的预估刚度值就是我们所需要得到的减振阻尼器的等效刚度值；
步骤4:对斜拉索索力进行预估，将所述减振阻尼器的等效刚度值、安装位置、斜拉索弹性模量、斜拉索截面面积、斜拉索外径、斜拉索线密度、斜拉索水平倾角、斜拉索索长、斜拉索等分节段数和预估索力值代入考虑弯曲刚度的斜拉索面内运动方程，并利用有限差分的数值方法进行求解，得到斜拉索振动的计算频率f4 ；
步骤5 :计算所述斜拉索振动的计算频率f4与实测的振动频率f2之间的差值，若所述差值超出误差允许范围，则调整预估索力值，并返回步骤4，重新计算斜拉索振动的计算频率，直到斜拉索振动的计算频率f4与实测的振动频率f2的差值落在误差允许范围内；步骤6 :使斜拉索振动的计算频率f4与实测的振动频率f2的差值落在误差允许范围内的预估索力值就是斜拉索的实际索力值。安装有减振阻尼器的斜拉索的几何形状如图I所示。定义坐标系(X，Z)为整体坐标系，坐标系(X*，Z* )为整体割线坐标系，即X方向为水平方向，Z方向为竖直方向，X*方向为斜拉索两端点连线方向，Z*方向与X*方向垂直且与斜拉索在同一平面，所述减振阻尼器分别安装于所述斜拉索两端一定位置上，不考虑减振阻尼器的阻尼功效，只考虑其支承功效，将所述减振阻尼器简化为具有一定支撑刚度的线弹性支撑，将线弹性支撑力Fdx(t)和Fdz (t)代入考虑弯曲刚度的斜拉索无量纲运动方程，得到考虑减振阻尼器作用的斜拉索无量纲运动方程式(I)和(2)
权利要求
1.一种考虑减振阻尼器作用的斜拉索索力计算方法，其特征在于包括以下步骤 步骤I:在斜拉索安装减振阻尼器前，测量安装减振阻尼器前斜拉索的振动频率Π，并通过计算得到安装减振阻尼器前斜拉索的索力值T ;安装完减振阻尼器后，再次测量安装减振阻尼器后斜拉索的振动频率f2 ； 步骤2 :针对已安装减振阻尼器的斜拉索，将所述减振阻尼器简化为弹性支撑，并在考虑弯曲刚度的斜拉索面内运动方程的荷载项中考虑所述弹性支撑的作用； 步骤3 :假定在安装减振阻尼器前后所述斜拉索的索力值不变，并预设减振阻尼器的等效刚度值，将减振阻尼器的预设刚度值、安装位置、斜拉索弹性模量、斜拉索截面面积、斜拉索外径、斜拉索线密度、斜拉索水平倾角、斜拉索索长、斜拉索等分节段数和斜拉索的索力值代入考虑弯曲刚度的斜拉索面内运动方程，并利用有限差分的数值方法进行求解，得到斜拉索振动的计算频率f3 ;计算所述斜拉索振动的计算频率f3与实测的振动频率f2之间的差值，若所述差值超出误差允许范围，则调整减振阻尼器的预设刚度值，并重新计算斜拉索振动的计算频率，直到斜拉索振动的计算频率f3与实测的振动频率f2的差值落在误差允许范围内，从而得到减振阻尼器的等效刚度值； 步骤4 :对斜拉索索力进行预估，将所述减振阻尼器的等效刚度值、安装位置、斜拉索弹性模量、斜拉索截面面积、斜拉索外径、斜拉索线密度、斜拉索水平倾角、斜拉索索长、斜拉索等分节段数和预估索力值代入考虑弯曲刚度的斜拉索面内运动方程，并利用有限差分的数值方法进行求解，得到斜拉索振动的计算频率f4 ； 步骤5 :计算所述斜拉索振动的计算频率f4与实测的振动频率f2之间的差值，若所述差值超出误差允许范围，则调整预估索力值，并返回步骤4，重新计算斜拉索振动的计算频率，直到斜拉索振动的计算频率f4与实测的振动频率f2的差值落在误差允许范围内；步骤6 :使斜拉索振动的计算频率f4与实测的振动频率f2的差值落在误差允许范围内的预估索力值就是斜拉索的实际索力值。
2.根据权利要求I所述的考虑减振阻尼器作用的斜拉索索力计算方法，其特征在于定义坐标系(X，z)为整体坐标系，坐标系(X*，z*)为整体割线坐标系，所述减振阻尼器分别安装于所述斜拉索两端一定位置上，将所述减振阻尼器简化为具有一定支撑刚度的线弹性支撑，将线弹性支撑力Fdx (t)和Fdz(t)代入考虑弯曲刚度的斜拉索无量纲运动方程，得到考虑减振阻尼器作用的斜拉索无量纲运动方程式(I)和(2)
3.根据权利要求I所述的考虑减振阻尼器作用的斜拉索索力计算方法，其特征在于在步骤I中，安装减振阻尼器前斜拉索的索力值T的计算方法包括以下步骤 步骤11 :对斜拉索的振动进行测量，并对测量结果进行频谱分析，得到实测的振动频率fl ;对斜拉索索力进行预估，得到预估索力值；步骤12 :将斜拉索弹性模量、斜拉索截面面积、斜拉索外径、斜拉索线密度、斜拉索水平倾角、斜拉索索长、斜拉索等分节段数和预估索力值代入考虑弯曲刚度的斜拉索面内运动方程，并利用有限差分的数值方法进行求解，得到斜拉索振动的计算频率； 步骤13 :计算斜拉索振动的计算频率与实测的振动频率之间的差值，若所述差值在误差允许范围内，则判定预估索力值即是斜拉索的实际索力值，算法结束；若所述差值超出误差允许范围，则调整预估索力值，并返回步骤12进行循环迭代，直到斜拉索振动的计算频率与实测的振动频率的差值落在误差允许范围内，调整后的预估索力值即为斜拉索的实际索力值； 计算斜拉索振动的计算频率时，只考虑方程线性项且不考虑外力，考虑弯曲刚度和垂度的斜拉索无量纲运动方程为
全文摘要
本发明涉及一种考虑减振阻尼器作用的斜拉索索力计算方法，包括以下步骤测量安装减振阻尼器后斜拉索的振动频率f2；将减振阻尼器简化为弹性支撑，并在考虑弯曲刚度的斜拉索面内运动方程的荷载项中考虑弹性支撑的作用；计算减振阻尼器的等效刚度值；将减振阻尼器的等效刚度值、安装位置、斜拉索自身特性值和预估索力值代入考虑弯曲刚度的斜拉索面内运动方程，利用有限差分的数值方法求解，得到斜拉索振动的计算频率f3；若计算频率f3与实测频率f2的差值超出误差允许范围，则调整预估索力值，重新计算，直到计算频率与实测频率的差值落在误差允许范围内；调整后的预估索力值就是实际索力值。该方法有利于提高斜拉索索力计算结果的准确性。
文档编号G06F19/00GK102789547SQ20121024281
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月14日 优先权日2012年7月14日
发明者吴庆雄, 陈宝春, 黄宛昆 申请人:福州大学