CN109374171B - 用于检测在役斜拉索索力的方法 - Google Patents
用于检测在役斜拉索索力的方法 Download PDFInfo
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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
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。
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