CN101762347A

CN101762347A - 一种用半波法测量多跨钢拉索索力的方法

Info

Publication number: CN101762347A
Application number: CN200910313003A
Authority: CN
Inventors: 秦杰; 王克仁; 高政国; 张宇鹏; 沈斌; 钱英欣; 徐瑞龙; 王泽强; 陈新礼; 袁英战; 徐中文; 王军; 司波; 尤德清; 吕李清; 杜彦凯; 苏浩
Original assignee: BEIJING RESEARCH INST OF BUILDING ENGINEERING
Current assignee: BEIJING RESEARCH INST OF BUILDING ENGINEERING
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-31
Also published as: CN101762347B

Abstract

本发明提供一种用半波法测量多跨钢拉索索力的方法，是将多跨拉索振动等效为一个任意约束边界拉索形式，再将其等效为一长度为L_n，频率为f_n的单索振动形式，利用单索振动理论计算索力。本发明与传统频率法索力检测技术相比，主要区别在于本发明通过拉索高阶局部振动建立等效单索振动模型，再利用单索索力计算理论计算索力。本发明具有方法原理简单，适用性强，适于各种拉索形式的索力测试等优点，可广泛应用于预应力钢结构施工期带撑杆拉索索力测量和工程安全维护过程中各种约束索索力测量。

Description

一种用半波法测量多跨钢拉索索力的方法

技术领域

本发明涉及一种测量钢拉索索力的方法。

背景技术

动测法(频率法)是目前单索索力检测常用的方法。该方法基于弦振动理论建立的索自振频率与索力关系，通过测量拉索的振动频率，计算拉索索力。公式如下

T = 4 \frac{m f_{n}^{2} l^{2}}{n^{2}} - \frac{E {In}^{2} π^{2}}{l^{2}} - - - (1)

其中：T是拉索索力；m是拉索线密度；f_n是拉索第n阶频率；l是索长；El是拉索弯曲模量。

现场技术实施过程是通过在拉索上布置精密传感器，采集拉索在环境激励或人工激励下的振动信号此信号为时域信号，将时域信号进行滤波、放大，再经过应用快速傅里叶变换和频谱分析，确定拉索的各阶自振频率f。同时通过测量拉索的线密度m、弯曲模量El和拉索长度l，根据索力与自振频率关系公式(1)计算拉索索力，对单索来说一般采用低阶频率计算出的拉索索力精度就可以达到很高精度。

对于带撑杆多跨拉索，由于索的振动受撑杆约束，索的自振频率与索力之间的关系不再符合单索振动理论模型得到的公式，传统的动测法不能用于带撑杆索索力力的检测。因此需要建立新的振动理论模型和技术方法，用于带撑杆多跨索索力的检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种用半波法测量多跨钢拉索索力的方法，要解决带撑杆多跨索索力的检测技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

这种用半波法测量多跨钢拉索索力的方法，将多跨拉索振动等效为一个任意约束边界拉索形式，再将其等效为一长度为L_n，频率为f_n的单索振动形式，利用单索振动理论计算索力。

所述用半波法测量多跨钢拉索索力的方法具体实施步骤如下：

第一步，确定被测多跨拉索的弯曲模量El和线密度m；

第二步，在被测拉索上选定一段被撑杆分割的索段，并在该索段上布置多个测点；

第三步，在各测点上布置加速度传感器，敲击激励，采集振动信号；

第四步，将采集振动信号做频谱变换与频谱分析，计算多阶结构自振频率f_n；

第五步，根据第三步中测得的各测点振动信号，通过模态识别方法确定与第四步中各阶频率f_n所对应的振型曲线；

第六步，测量第五步中得到得振型曲线中央半波长L_n，再根据该阶振型所对应的自振频率f_n根据下式计算索力T

T = 4 m f_{n}^{2} {L_{n}}^{2} - \frac{EI π^{2}}{{L_{n}}^{2}} .

第二步中所述测点布置位置根据模态识别要求选择，且避开低阶振型零点。

第四步中所述频谱变换德方法为快速傅里叶变换法。

第六步中所述振型曲线的阶数不小于3阶。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

首先，本发明与传统频率法索力检测技术相比，共同点都是利用单索索力计算理论模型计算索力。由现场振动信号采集、模态识别(振型和频率)和索力计算三部分组成。测量实施与传统频率法基本过程一致。原理简单，易于理解，便于操作。

其次，本方法能识别各种约束条件的拉索索力，方法适用性强。

最后，本发明能解决预应力钢结构拉索较高精度的索力控制问题，能有效提高施工质量和工程的安全性，推动预应力钢结构工程的应用。

本发明克服了传统频率法不能用于带撑杆多跨索索力测量的缺点，解决了实际工程中要求较高精度索力控制的技术问题。

本发明可广泛应用于预应力钢结构施工期带撑杆拉索索力测量和工程安全维护过程各种约束索索力测量。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的实施步骤流程图；

图2是本发明测量方法误差分析模型；

图3是本发明实施例误差与频率阶次相关图。

具体实施方式

图1为本发明实施步骤流程图，一种用半波法测量多跨钢拉索索力的方法，将多跨拉索振动等效为一个任意约束边界拉索形式，再将其等效为一长度为L_n，频率为f_n的单索振动形式，利用单索振动理论计算索力。

第一步，确定被测多跨拉索的弯曲模量El和线密度m；

T = 4 m f_{n}^{2} {L_{n}}^{2} - \frac{EI π^{2}}{{L_{n}}^{2}} .

第四步中所述频谱变换德方法为快速傅里叶变换法。

第六步中所述振型曲线的阶数不小于3阶。

为了验证本发明所提及的索力测量理论及方法的可行性，建立如图2所示误差分析模型。

图2所示为索力和索长相同，约束边界分别为两端固结边界和简支边界的两个拉索的半波长模型。计算半波长差异，建立误差公式如下

ρ = \frac{2 (\frac{\cos γ_{n} l / 2}{ch β_{n} l / 2}) ch \frac{β_{n}}{2} \frac{π}{γ_{n}}}{(\frac{\cos γ_{n} l / 2}{ch β_{n} l / 2}) \frac{β_{n} π}{γ_{n}} sh \frac{β_{n}}{2} \frac{π}{γ_{n}} + π} \times 100 % - - - (3)

其中：

γ_{n} = \sqrt{{(k^{2} λ^{4} + \frac{α^{4}}{4})}^{1 - 2} + \frac{α^{2}}{2}};

{βγ}_{n} = \sqrt{{(k^{2} λ^{4} + \frac{α^{4}}{4})}^{1 - 2} + \frac{α^{2}}{2}};

α^{2} = - \frac{T}{E^{'} I},

λ^{4} = \frac{ω^{2} m}{E^{'} I};

索振动基频为f，第n阶频率为f_n＝kf；ET为索的弯曲模量，ω为索的振动圆频率，m为索的线密度，T为拉索索力。

采用一个典型实例验证本发明提及的测量方法的精度。

一索力为3600N，线密度为1kg/m，基频为10Hz，索长为3m的两端固定约束拉索，采用第k阶振型半波长与相同索力拉索半波长，采用图2给出的分析模型及误差分析公式(3)

进行误差分析，结果如图3。从该图可以看出，大于3阶高阶频率半波长作为等效单索索长计算索力精度很高，可以用于工程索力测量。

Claims

1.一种用半波法测量多跨钢拉索索力的方法，其特征在于：将多跨拉索振动等效为一个任意约束边界拉索形式，再将其等效为一长度为Ln，频率f_n为的单索振动形式，利用单索振动理论计算索力。

2.根据权利要求1所述的一种用半波法测量多跨钢拉索索力的方法，其特征在于：具体实施步骤如下：

第一步，确定被测多跨拉索的弯曲模量EI和线密度m；

第六步，测量第五步中得到得振型曲线中央半波长Ln，再根据该阶振型所对应的自振频率f_n根据下式计算索力T

T = {4 mf}_{n}^{2} {L_{n}}^{2} - \frac{{EIπ}^{2}}{{L_{n}}^{2}} .

3.根据权利要求2所述的一种用半波法测量多跨钢拉索索力的方法，其特征在于：第二步中所述测点布置位置根据模态识别要求选择，且避开低阶振型零点。

4.根据权利要求2所述的一种用半波法测量多跨钢拉索索力的方法，其特征在于：第四步中所述频谱变换德方法为快速傅里叶变换法。

5.根据权利要求2所述的一种用半波法测量多跨钢拉索索力的方法，其特征在于：第六步中所述振型曲线的阶数不小于3阶。