CN108629116A - 基于参数传递的线性模型索力测量方法 - Google Patents

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Abstract

基于参数传递的线性模型索力测量方法，属于土木工程技术领域；本发明方法包括步骤a、标定待测拉索的索力Tij和与索力Tij对应的k阶振动频率；步骤b、拟合每根拉索的Tij关于的线性回归系数以及Bik对的线性回归系数；步骤c、将已标定拉索之间的系数进行线性拟合，步骤d、拟合得到Aik对Li的线性回归系数；步骤e、将步骤d中得出线性回归系数带入到线性模型中，得到该种型号的拉索的索力计算公式；步骤f、试任意长度的该同种型号的待测拉索的振动频率；步骤g、将步骤f获得的频率fi1'...fik'...fin'带入到步骤e的公式中即可计算该同种型号的任意拉索的索力。本发明解决了因线性模型索力测量方法需对每根拉索都进行两级张拉进而严重限制了该方法的使用范围的问题。

Description

基于参数传递的线性模型索力测量方法
技术领域
本发明涉及一种振动法拉索索力测量方法，属于土木工程技术领域。
背景技术
索体系桥梁主要通过拉索进行力的传递和分配，拉索是索体系桥梁的主要受力构件。拉索索力是索体系桥梁设计的重要参数之一，也是桥梁施工控制以及评估桥梁正常使用状态的重要指标。索力测定的准确性受多种因素影响，如拉索长度、线密度、抗弯刚度、边界条件以及实测频率等。
为了提高拉索索力的测试精度，现有专利“基于线性模型的振动法拉索索力测量方法”，专利申请号为：201510357998.5，提出了基于线性模型的振动法测量拉索索力，其核心公式为：
上式中，T表示索力(N)，Ak和Bk均为线性回归系数，fk同样表示k阶自振频率(Hz)。
该方法有效的解决了实际工程中由于拉索长度、抗弯刚度、边界条件、质量等参数无法准确获取的问题，使得拉索振动法索力测试方法的精度和实用性得到了极大的提升。
但上述方法在实际工程应用中仍然存在一些问题：由该拉索的建立的线性模型只能测量该拉索的索力，无法应用于其他同种型号的拉索，若想对其他与该拉索同种型号的拉索进行索力预测，都需要对每根拉索进行两级张拉标定才能获取每根拉索的线性模型，进而对每根拉索进行索力预测，而在实际工程中，对每根拉索进行两级张拉严重限制了该方法的应用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于参数传递的线性模型索力测量方法，原理是通过对两根或两根以上相同型号的拉索进行两级张拉标定，分别建立两根拉索的索力测试线性模型，通过观察两根线性模型中线性回归系数Ak、Bk关于索长L的关系，进而建立起该类型拉索线性模型中线性回归系数Ak、Bk关于索长L的函数关系，实现同种型号拉索线性模型的系数传递，实现通过对同类型的两根或两根以上拉索的张拉标定，建立起该类型拉索都适用的线性模型索力测量方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明方法为对同种型号的若干根拉索(两根或以上)分别进行两级张拉，在两级拉力水平下使用加速度传感器测量该拉索在环境激励或人工激励作用下加速度信号，将其转换为频谱图，在图中识别出拉索的各阶振动频率。分别对每根拉索建立各阶线性模型，求得每根索各阶线性回归系数Ak、Bk，分别建立关于Ak、Bk关于索长的模型Ak＝a1L+b1、通过已标定拉索的线性模型系数Ak、Bk与索长L的关系拟合得到系数a1、b1、a2、b2，进而得到该类型拉索都适用的线性模型索力测量公式。
所述方法的具体实现过程为：
步骤a、在施工张拉过程中，对同种型号的若干根拉索(两根或以上)施加多级索力Tij(i表示拉索编号、j表示索力分级)，分别标定待测拉索的索力Tij和与索力Tij对应的k阶振动频率fi11、fi12、...、fijk(i表示拉索编号、j表示索力分级、k表示频阶)数据；
步骤b、按照如下公式，分别拟合每根拉索的Tij关于的线性回归系数：
其中，Aik和Bik表示第i根拉索与k阶振动频率fijk对应的线性回归系数；
步骤c、将上述已标定拉索之间的系数Aik对Li进行线性拟合、系数Bik对进行线性拟合:
Aik＝a1kLi+b1k
步骤d、拟合得到Aik对Li的线性回归系数a1k、b1k，以及Bik对的线性回归系数a2k、b2k。
步骤e、将步骤d中得出线性回归系数带入到线性模型中，即可得到该种型号的拉索的索力计算公式：
步骤f、测试任意长度的该同种型号的待测拉索的振动频率fi1'...fik'...fin'；
步骤g、将步骤f获得的频率fi1'...fik'...fin'带入到步骤e的公式中即可计算该同种型号的任意拉索的索力。
本发明的有益效果是：
本发明方法为对同种型号的若干根拉索(两根或以上)分别进行两级张拉，在两级拉力水平下使用加速度传感器测量该拉索在环境激励或人工激励作用下加速度信号，将其转换为频谱图，在图中识别出拉索的各阶振动频率。分别对每根拉索建立各阶线性模型，求得每根索各阶线性回归系数Ak、Bk。分别建立关于Ak、Bk关于索长的模型Ak＝a1L+b1、通过已标定拉索的线性模型系数Ak、Bk与索长L的关系拟合得到系数a1、b1、a2、b2，进而得到该类型拉索都适用的线性模型索力测量公式。
本发明基于参数传递的线性模型索力测量方法可以得到精度较高的索力测量值，解决了因线性模型索力测量方法需对每根拉索都进行两级张拉进而严重限制了该方法的使用范围的问题。
具体实施方式
下面以一根型号PES 7-139的拉索的张拉测试试验为例，对本方法进行进一步详细说明。
拉索两端通过数控千斤顶加载张拉力。本例拉索为PES 7-139型，间隙及外部由聚乙烯(PE)包裹。索1长l＝69.04m，索2长l＝53.015m线密度m＝42kg/m，截面积A＝5349mm2，极限索力Tlim＝8993kN，这算抗弯刚度EI＝455.37kN·m。
根据以上试验资料，对本方法的实施效果进行验证。
步骤a、在施工张拉过程中，对同种型号的索1、索2施加两级索力，分别标定待测拉索的索力Tij和与索力Tij对应的k阶振动频率fi11、fi12、...、fijk(i表示拉索编号、j表示索力分级、k表示频阶)数据；
测量两索索力值T及其对应的5阶频率。
表1标定索1索力与振动频率fk
表2标定索2索力与振动频率fk
步骤b、按照如下公式，拟合{Ti}关于的线性回归系数Aik、Bik
代入表1、表2数据得到系数如表3：
表3两索线性模型系数
步骤c、将上述已标定拉索之间的系数Aik对Li进行线性拟合、系数Bik对进行线性拟合:
A1k＝a1kL 1+b1k
A2k＝a1kL 2+b1k
步骤d、拟合得到Aik对Li的线性回归系数a1k、b1k，以及Bik对的线性回归系数a2k、b2k。
表4参数a1k、b1k、a2k、b2k
步骤e、将步骤d中得出线性回归系数带入到线性模型中，即可得到该种型号的拉索的索力计算公式：
步骤f、选取另外两根拉索在索力作用下，长度分别为53.608m、56.336m测量其振动频率，结果如表5。
表5该索标定T1、T2下选取5阶频率
步骤g、将上一步获得的频率带入到步骤e中计算各阶频率对应索力值。
采用该方法得到的索力测量值与索力真实值的误差对比结果见表6。
表6索力测量值与真实值对比
表7索力测量值与真实值误差分析
由此可以看出，基于参数传递的线性模型索力测量方法计算的索力测量与真实值偏差很小，可用于实际索力测量。
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。

Claims (2)

1.基于参数传递的线性模型索力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、在施工张拉过程中，对同种型号的若干根拉索施加多级索力Tij，分别标定待测拉索的索力Tij和与索力Tij对应的k阶振动频率fi11、fi12、...、fijk数据；其中，i表示拉索编号、j表示索力分级、k表示频阶；
步骤b、分别拟合每根拉索的Tij关于的线性回归系数：
步骤c、将上述已标定拉索之间的系数Aik对Li进行线性拟合、系数Bik对进行线性拟合:
Aik＝a1kLi+b1k
式中，Aik、Bik为已标定拉索之间的线性模型系数，Li为第i个拉索的索长
步骤d、拟合得到Aik对Li的线性回归系数a1k、b1k，以及Bik对的线性回归系数a2k、b2k。
步骤e、将步骤d中得出线性回归系数带入到线性模型中，即可得到该种型号的拉索的索力计算公式：
步骤f、测试任意长度的该同种型号的待测拉索的振动频率fi1'...fik'...fin'；
步骤g、将步骤f获得的频率fi1'...fik'...fin'带入到步骤e的公式中即可计算该同种型号的任意拉索的索力。
2.根据权利要求1所述的基于参数传递的线性模型索力测量方法，其特征在于，步骤b中每根拉索的Tij关于的线性回归系数公式为，
式中，Aik和Bik表示第i根拉索与k阶振动频率fijk对应的线性回归系数。
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