CN109374171A - 用于检测在役斜拉索索力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测在役斜拉索索力的方法，所述方法包括：1）获取在役斜拉索的静态图像；2）获取单根在役斜拉索轴线上的多个离散点的图像坐标；3）获取单根在役斜拉索的多个离散点的修正坐标；4）获取单根在役斜拉索的多个离散点的倾斜坐标；5）根据Irvine方程和倾斜坐标对单根在役斜拉索的多个离散点进行拟合，得到在役斜拉索的平均索力。本发明的有益技术效果是：提出了一种用于检测在役斜拉索索力的方法，该方法既不用在拉索上设置传感装置，也不用接触拉索，通过拉索的图像就能实现索力检测。

Description

用于检测在役斜拉索索力的方法

技术领域

本发明涉及一种拉索索力检测技术，尤其涉及一种用于检测在役斜拉索索力的方法。

背景技术

目前常见的斜拉索索力测量方法有液压千斤顶法、压力传感器法、频率法、磁通量法、光纤光栅法等；其中，液压千斤顶法一般用于施工过程中控制索力，在运营期间用此方法测试索力就比较困难，工作量大，而且多次拉拔将会对夹片产生较大的损伤，且所测值只能反应张拉端的索力，准确性较差；压力传感器法只能测得索头的张力，但当索在张拉过程中被卡时，索头的索力较大、中部的索力较小，因此，采用压力传感器法测量索力容易出错误；磁通量法需预先将传感器穿在拉索上，对于没有预埋传感器的桥梁不能应用该方法，且传感器和测试仪器都成本较大，故很少被采用；光纤光栅法主要用于桥梁的长期实时监测，若仅作为成桥检测的手段，成本太高，不适用；频率法操作较简便，测试费用低，在工程中使用最广泛，但此方法的理论基础是两端铰支的张紧弦，这与斜拉索实际边界条件、垂度和抗弯刚度等不符，在某些场合下其测量精度不高，且通常需要反复测试才能采集到满意的波形，数据采集过程较长。

综上，现有的测试方法要么需在拉索上(或锚固端)设置传感器，若要对所有拉索的索力都进行测量，则需要布设大量传感器，而且需要测试人员上桥，且有些方法仅适用拉索张拉阶段或施工阶段。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种用于检测在役斜拉索索力的方法，其创新在于：所述方法包括：

1)获取在役斜拉索的静态图像；

2)根据静态图像建立二维坐标系，此二维坐标系记为图像坐标系，图像坐标系中的坐标记为图像坐标；获取单根在役斜拉索轴线上的多个离散点的图像坐标；

3)将在役斜拉索轴线所在的竖直面记为修正面，根据修正面建立二维坐标系，此二维坐标系记为修正坐标系，修正坐标系中的坐标记为修正坐标；根据三角函数，对单根在役斜拉索所辖的图像坐标进行处理，得到单根在役斜拉索的多个离散点的修正坐标；

4)以拉索的弦向为横坐标、垂直于拉索弦向的方向为纵坐标，建立二维坐标系，此二维坐标系记为倾斜坐标系，倾斜坐标系中的坐标记为倾斜坐标；根据三角函数，对单根在役斜拉索所辖的修正坐标进行处理，得到单根在役斜拉索的多个离散点的倾斜坐标；

5)根据Irvine方程和倾斜坐标对单根在役斜拉索的多个离散点进行拟合，得到在役斜拉索的平均索力。

本发明的原理是：Irvine方程是一种现有的数学模型，其表达式为：

式中，m为拉索单位长度的质量，g为重力加速度，l为拉索的弦向长度，θ为拉索的弦向与水平方向的夹角，t为拉索端部的索力，以拉索的弦向为横坐标、垂直于拉索弦向的方向为纵坐标，(x，y)即为拉索轴线上的点在前述倾斜坐标系下的无量纲化坐标；

Irvine方程可以反应出拉索轴线上任意点处的受力情况，其中，m和g均为已知，只要能够获知l和θ以及多个离散点的(x，y)坐标，就能通过拟合方法求得作用在拉索上的平均索力；为了实现前述目的，本发明先获取在役斜拉索的静态图像，然后根据静态图像得到多个离散点以及相应的图像坐标(具体实施时，可采用现有的图像处理手段对静态图像进行处理得到多个离散点，比如现有的图像散斑识别技术)，然后根据三角函数，对图像坐标进行修正(修正操作是为了排除拍摄角度对参数的影响，以获得各个离散点的真实位置关系，具体实施时，只需确定拍摄点的准确位置和角度，再结合工程设计图上拉索的准确布置位置，就能通过三角函数计算得到准确的修正坐标)，然后再根据三角函数得到倾斜坐标以及l和θ，其中，关于l和θ，如果静态图像为拉索全长的图像，则此时的l为对应拉索全长的弦长，相应的θ也为对应拉索全长的弦向与水平方向的夹角，如果静态图像仅是拉索的局部区域，则此时的l为对应拉索局部区段的弦长，相应的θ也为对应拉索局部区段的弦向与水平方向的夹角(处于承载状态的拉索会在自身重力作用下产生一定垂度，使拉索形成弧线，弧线的线形与索力、质量、长度以及水平倾角存在特定的关系，因此，拉索的局部区域也能反应出与索力相关的信息)；得出倾斜坐标以及l和θ后，就可根据Irvine方程和倾斜坐标对单根在役斜拉索的多个离散点进行拟合，最终就能得到在役斜拉索的平均索力；本发明仅通过对拉索的图像进行处理就能实现索力测量，测量人员无需上桥，操作方便、简单，不用在拉索上设置传感设备，成本较低，不仅适用于施工阶段的拉索索力测量，而且十分适合对在役斜拉索进行非接触式检测，此外，由于l和θ数据可由修正坐标计算得到，因此，本发明仅根据拉索的局部图像就测量出相应的索力，这可以大大降低测量的难度。

优选地，所述步骤5)中，采用最小二乘法对离散点进行拟合。

本发明的有益技术效果是：提出了一种用于检测在役斜拉索索力的方法，该方法既不用在拉索上设置传感装置，也不用接触拉索，通过拉索的图像就能实现索力检测。

附图说明

图1、Irvine方程参数示意图(图中的弧线即为拉索)；

图2、离散点设置示意图(图中示出了多条拉索，本发明在处理时，是以单条拉索所辖的多个离散点为单位进行处理)。

具体实施方式

一种用于检测在役斜拉索索力的方法，其创新在于：所述方法包括：

1)获取在役斜拉索的静态图像；

2)根据静态图像建立二维坐标系，此二维坐标系记为图像坐标系，图像坐标系中的坐标记为图像坐标；获取单根在役斜拉索轴线上的多个离散点的图像坐标；

3)将在役斜拉索轴线所在的竖直面记为修正面，根据修正面建立二维坐标系，此二维坐标系记为修正坐标系，修正坐标系中的坐标记为修正坐标；根据三角函数，对单根在役斜拉索所辖的图像坐标进行处理，得到单根在役斜拉索的多个离散点的修正坐标；

4)以拉索的弦向为横坐标、垂直于拉索弦向的方向为纵坐标，建立二维坐标系，此二维坐标系记为倾斜坐标系，倾斜坐标系中的坐标记为倾斜坐标；根据三角函数，对单根在役斜拉索所辖的修正坐标进行处理，得到单根在役斜拉索的多个离散点的倾斜坐标；

5)根据Irvine方程和倾斜坐标对单根在役斜拉索的多个离散点进行拟合，得到在役斜拉索的平均索力。

进一步地，所述步骤5)中，采用最小二乘法对离散点进行拟合。

具体实施本发明时，为避免环境因素的影响，应尽量选择在晴朗、无风(或微风)的天气状况下获取图像。

Claims (2)

1.一种用于检测在役斜拉索索力的方法，其特征在于：所述方法包括：

1)获取在役斜拉索的静态图像；

2)根据静态图像建立二维坐标系，此二维坐标系记为图像坐标系，图像坐标系中的坐标记为图像坐标；获取单根在役斜拉索轴线上的多个离散点的图像坐标；

3)将在役斜拉索轴线所在的竖直面记为修正面，根据修正面建立二维坐标系，此二维坐标系记为修正坐标系，修正坐标系中的坐标记为修正坐标；根据三角函数，对单根在役斜拉索所辖的图像坐标进行处理，得到单根在役斜拉索的多个离散点的修正坐标；

4)以拉索的弦向为横坐标、垂直于拉索弦向的方向为纵坐标，建立二维坐标系，此二维坐标系记为倾斜坐标系，倾斜坐标系中的坐标记为倾斜坐标；根据三角函数，对单根在役斜拉索所辖的修正坐标进行处理，得到单根在役斜拉索的多个离散点的倾斜坐标；

5)根据Irvine方程和倾斜坐标对单根在役斜拉索的多个离散点进行拟合，得到在役斜拉索的平均索力。

2.根据权利要求1所述的用于检测在役斜拉索索力的方法，其特征在于：所述步骤5)中，采用最小二乘法对离散点进行拟合。