專利名稱：一種用半波法測量多跨鋼拉索索力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量鋼拉索索力的方法。

背景技術(shù)：
動測法(頻率法)是目前單索索力檢測常用的方法。該方法基于弦振動理論建立的索自振頻率與索力關(guān)系，通過測量拉索的振動頻率，計算拉索索力。公式如下 其中T是拉索索力；m是拉索線密度；fn是拉索第n階頻率；l是索長；El是拉索彎曲模量。
現(xiàn)場技術(shù)實施過程是通過在拉索上布置精密傳感器，采集拉索在環(huán)境激勵或人工激勵下的振動信號此信號為時域信號，將時域信號進(jìn)行濾波、放大，再經(jīng)過應(yīng)用快速傅里葉變換和頻譜分析，確定拉索的各階自振頻率f。同時通過測量拉索的線密度m、彎曲模量El和拉索長度l，根據(jù)索力與自振頻率關(guān)系公式(1)計算拉索索力，對單索來說一般采用低階頻率計算出的拉索索力精度就可以達(dá)到很高精度。
對于帶撐桿多跨拉索，由于索的振動受撐桿約束，索的自振頻率與索力之間的關(guān)系不再符合單索振動理論模型得到的公式，傳統(tǒng)的動測法不能用于帶撐桿索索力力的檢測。因此需要建立新的振動理論模型和技術(shù)方法，用于帶撐桿多跨索索力的檢測。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用半波法測量多跨鋼拉索索力的方法，要解決帶撐桿多跨索索力的檢測技術(shù)問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 這種用半波法測量多跨鋼拉索索力的方法，將多跨拉索振動等效為一個任意約束邊界拉索形式，再將其等效為一長度為Ln，頻率為fn的單索振動形式，利用單索振動理論計算索力。
所述用半波法測量多跨鋼拉索索力的方法具體實施步驟如下 第一步，確定被測多跨拉索的彎曲模量El和線密度m； 第二步，在被測拉索上選定一段被撐桿分割的索段，并在該索段上布置多個測點； 第三步，在各測點上布置加速度傳感器，敲擊激勵，采集振動信號； 第四步，將采集振動信號做頻譜變換與頻譜分析，計算多階結(jié)構(gòu)自振頻率fn； 第五步，根據(jù)第三步中測得的各測點振動信號，通過模態(tài)識別方法確定與第四步中各階頻率fn所對應(yīng)的振型曲線； 第六步，測量第五步中得到得振型曲線中央半波長Ln，再根據(jù)該階振型所對應(yīng)的自振頻率fn根據(jù)下式計算索力T 第二步中所述測點布置位置根據(jù)模態(tài)識別要求選擇，且避開低階振型零點。
第四步中所述頻譜變換德方法為快速傅里葉變換法。
第六步中所述振型曲線的階數(shù)不小于3階。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果 首先，本發(fā)明與傳統(tǒng)頻率法索力檢測技術(shù)相比，共同點都是利用單索索力計算理論模型計算索力。由現(xiàn)場振動信號采集、模態(tài)識別(振型和頻率)和索力計算三部分組成。測量實施與傳統(tǒng)頻率法基本過程一致。原理簡單，易于理解，便于操作。
其次，本方法能識別各種約束條件的拉索索力，方法適用性強。
最后，本發(fā)明能解決預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)拉索較高精度的索力控制問題，能有效提高施工質(zhì)量和工程的安全性，推動預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用。
本發(fā)明克服了傳統(tǒng)頻率法不能用于帶撐桿多跨索索力測量的缺點，解決了實際工程中要求較高精度索力控制的技術(shù)問題。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工期帶撐桿拉索索力測量和工程安全維護(hù)過程各種約束索索力測量。



下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1是本發(fā)明的實施步驟流程圖； 圖2是本發(fā)明測量方法誤差分析模型； 圖3是本發(fā)明實施例誤差與頻率階次相關(guān)圖。

具體實施例方式 圖1為本發(fā)明實施步驟流程圖，一種用半波法測量多跨鋼拉索索力的方法，將多跨拉索振動等效為一個任意約束邊界拉索形式，再將其等效為一長度為Ln，頻率為fn的單索振動形式，利用單索振動理論計算索力。
所述用半波法測量多跨鋼拉索索力的方法具體實施步驟如下 第一步，確定被測多跨拉索的彎曲模量El和線密度m； 第二步，在被測拉索上選定一段被撐桿分割的索段，并在該索段上布置多個測點； 第三步，在各測點上布置加速度傳感器，敲擊激勵，采集振動信號； 第四步，將采集振動信號做頻譜變換與頻譜分析，計算多階結(jié)構(gòu)自振頻率fn； 第五步，根據(jù)第三步中測得的各測點振動信號，通過模態(tài)識別方法確定與第四步中各階頻率fn所對應(yīng)的振型曲線； 第六步，測量第五步中得到得振型曲線中央半波長Ln，再根據(jù)該階振型所對應(yīng)的自振頻率fn根據(jù)下式計算索力T 第二步中所述測點布置位置根據(jù)模態(tài)識別要求選擇，且避開低階振型零點。
第四步中所述頻譜變換德方法為快速傅里葉變換法。
第六步中所述振型曲線的階數(shù)不小于3階。
為了驗證本發(fā)明所提及的索力測量理論及方法的可行性，建立如圖2所示誤差分析模型。
圖2所示為索力和索長相同，約束邊界分別為兩端固結(jié)邊界和簡支邊界的兩個拉索的半波長模型。計算半波長差異，建立誤差公式如下 其中 索振動基頻為f，第n階頻率為fn＝kf；ET為索的彎曲模量，ω為索的振動圓頻率，m為索的線密度，T為拉索索力。
采用一個典型實例驗證本發(fā)明提及的測量方法的精度。
一索力為3600N，線密度為1kg/m，基頻為10Hz，索長為3m的兩端固定約束拉索，采用第k階振型半波長與相同索力拉索半波長，采用圖2給出的分析模型及誤差分析公式(3) 進(jìn)行誤差分析，結(jié)果如圖3。從該圖可以看出，大于3階高階頻率半波長作為等效單索索長計算索力精度很高，可以用于工程索力測量。
權(quán)利要求
1.一種用半波法測量多跨鋼拉索索力的方法，其特征在于將多跨拉索振動等效為一個任意約束邊界拉索形式，再將其等效為一長度為Ln，頻率fn為的單索振動形式，利用單索振動理論計算索力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用半波法測量多跨鋼拉索索力的方法，其特征在于具體實施步驟如下
第一步，確定被測多跨拉索的彎曲模量EI和線密度m；
第二步，在被測拉索上選定一段被撐桿分割的索段，并在該索段上布置多個測點；
第三步，在各測點上布置加速度傳感器，敲擊激勵，采集振動信號；
第四步，將采集振動信號做頻譜變換與頻譜分析，計算多階結(jié)構(gòu)自振頻率fn；
第五步，根據(jù)第三步中測得的各測點振動信號，通過模態(tài)識別方法確定與第四步中各階頻率fn所對應(yīng)的振型曲線；
第六步，測量第五步中得到得振型曲線中央半波長Ln，再根據(jù)該階振型所對應(yīng)的自振頻率fn根據(jù)下式計算索力T
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用半波法測量多跨鋼拉索索力的方法，其特征在于第二步中所述測點布置位置根據(jù)模態(tài)識別要求選擇，且避開低階振型零點。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用半波法測量多跨鋼拉索索力的方法，其特征在于第四步中所述頻譜變換德方法為快速傅里葉變換法。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用半波法測量多跨鋼拉索索力的方法，其特征在于第六步中所述振型曲線的階數(shù)不小于3階。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用半波法測量多跨鋼拉索索力的方法，是將多跨拉索振動等效為一個任意約束邊界拉索形式，再將其等效為一長度為Ln，頻率為fn的單索振動形式，利用單索振動理論計算索力。本發(fā)明與傳統(tǒng)頻率法索力檢測技術(shù)相比，主要區(qū)別在于本發(fā)明通過拉索高階局部振動建立等效單索振動模型，再利用單索索力計算理論計算索力。本發(fā)明具有方法原理簡單，適用性強，適于各種拉索形式的索力測試等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工期帶撐桿拉索索力測量和工程安全維護(hù)過程中各種約束索索力測量。
文檔編號G01L1/10GK101762347SQ20091031300
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者秦杰, 王克仁, 高政國, 張宇鵬, 沈斌, 錢英欣, 徐瑞龍, 王澤強, 陳新禮, 袁英戰(zhàn), 徐中文, 王軍, 司波, 尤德清, 呂李清, 杜彥凱, 蘇浩 申請人:北京市建筑工程研究院