未知邊界條件下索力測試方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及邊界未知時(shí)一種索力測試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其未知邊界條件下索力測試方法及裝置。該方法包括：從預(yù)測試的測試結(jié)構(gòu)上取部分作為子結(jié)構(gòu)單元；在子結(jié)構(gòu)單元上等間隔設(shè)置多個(gè)測試點(diǎn)，每個(gè)測試點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)加速度傳感器，通過加速度傳感器獲取振動(dòng)數(shù)據(jù)；基于振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過模態(tài)分析，得到子結(jié)構(gòu)單元的振型曲線，并從振型曲線上提取每個(gè)測試點(diǎn)處的振型幅值；根據(jù)振型幅值，結(jié)合振型曲線所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率f以及測試結(jié)構(gòu)的已知參數(shù)求解測試結(jié)構(gòu)的索力T。本發(fā)明的索力測試方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)未知邊界條件及未知索桿計(jì)算長度的測試結(jié)構(gòu)的索力測試，索力測試過程中，充分考慮測試結(jié)構(gòu)抗彎剛度的影響，使得到的索力更加精確，更能滿足索力測試的實(shí)際測量需求。
【專利說明】未知邊界條件下索力測試方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及邊界未知時(shí)一種索力測試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，設(shè)及斜拉橋斜拉索、拱 橋吊桿、拱橋系桿、懸索橋主纜及吊桿、橋梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線等結(jié)構(gòu)的索力測試方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 斜拉橋的斜拉索、系桿拱橋的吊桿及柔性系桿、懸索橋的主纜及吊桿、體外預(yù)應(yīng)力 等，此類結(jié)構(gòu)，作為橋梁的主要受力構(gòu)件，其受力的情況如何，不僅在設(shè)計(jì)階段需要考慮，在 使用過程中也要進(jìn)行檢測。目前索力的測量方法主要有；①油壓表讀數(shù)法；②傳感器讀數(shù) 法；⑨振動(dòng)法。其中油壓表讀數(shù)法及傳感器讀數(shù)法具有直觀的優(yōu)點(diǎn)，但是僅僅適用于施工 過程中獲取索力，在施工過程中使用該兩種方法則具有一定的限制，例如，油壓表讀數(shù)法針 對(duì)已經(jīng)施工完畢的既有結(jié)構(gòu)無能為力；方法②傳感器讀數(shù)法；除非施工過程中預(yù)先安裝了 長期的傳感器，同時(shí)要考慮傳感器的耐久性W及項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，不然也無能為力。目前最經(jīng) 濟(jì)、方便、快捷、常用的量測方法是方法⑨振動(dòng)法，振動(dòng)法可對(duì)施工完畢后的索桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行 索力測試，重復(fù)性好，是運(yùn)營中結(jié)構(gòu)的最為適用方法。
[0003] 用振動(dòng)法測量上述結(jié)構(gòu)的索力時(shí)，因?yàn)樯鲜鼋Y(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率與索力之間存在著一 定的關(guān)系，因此對(duì)于某一根給定的測試結(jié)構(gòu)，即已知測試結(jié)構(gòu)的長度、線密度及兩端的支承 條件，只要測定測試結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率就可W求得測試結(jié)構(gòu)的索力。
[0004] 索力的測定最早運(yùn)用弦理論，即不考慮索桿等測試結(jié)構(gòu)的垂度和彎曲剛度，將索 桿等測試結(jié)構(gòu)看作一張緊的弦，此方法適用于較細(xì)長的拉索，具體計(jì)算方法為；根據(jù)公式 r = 4"!/;/'求解索力T，式中；f。-索體的第n階自振頻率山-索體的計(jì)算長度；n-振動(dòng)階 數(shù);m-單位索體長度的質(zhì)量。
[0005] 運(yùn)用上述弦理論進(jìn)行索力估算，其公式簡單，現(xiàn)場運(yùn)用方便，在實(shí)際工程中得到了 廣泛的運(yùn)用，但必須滿足W下條件：
[0006] 1)不考慮索桿等測試結(jié)構(gòu)的彎曲剛度，即假定索桿等測試結(jié)構(gòu)為一細(xì)長的柔軟的 弦；
[0007] 。索桿等測試結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)，不受橫向力作用；
[000引 3)準(zhǔn)確知道索桿等測試結(jié)構(gòu)的計(jì)算長度L。
[0009] 隨著弦或者受力模式類似弦的結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的廣泛運(yùn)用，對(duì)于一些特殊的結(jié) 構(gòu)，比如粗而短的拱橋吊桿、雨棚斜拉桿、梁體的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，必須考慮彎曲剛度的影響， 運(yùn)用弦理論進(jìn)行索力估算就不適用了，此時(shí)索力估算理論采用基于Bernoulli-Euler理論 的梁理論，將測試構(gòu)件簡化為一兩端固支的受軸力的梁，通過數(shù)值擬合的方法可W得到索 力的顯示表達(dá)式。
[0010] 在環(huán)境振動(dòng)下，對(duì)于等截面抗彎剛度為常數(shù)的索體等結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)方程為：
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 未知邊界條件下索力測試方法，其特征在于，包括： 從預(yù)測試的測試結(jié)構(gòu)上取部分作為子結(jié)構(gòu)單元； 在所述子結(jié)構(gòu)單元上等間隔設(shè)置多個(gè)測試點(diǎn)，每個(gè)所述測試點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)加速度傳感 器，通過所述加速度傳感器獲取振動(dòng)數(shù)據(jù)； 基于所述振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過模態(tài)分析，得到所述子結(jié)構(gòu)單元的振型曲線，并從所述振型曲 線上提取每個(gè)所述測試點(diǎn)處的振型幅值； 根據(jù)所述振型幅值，結(jié)合所述振型曲線所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率f?以及所述測試結(jié)構(gòu)的已知 參數(shù)：單位長度質(zhì)量m、截面抗彎剛度EI，求解所述測試結(jié)構(gòu)的索力T。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過模態(tài)分析， 得到所述子結(jié)構(gòu)單元的振型曲線，并從所述振型曲線上提取每個(gè)所述測試點(diǎn)處的振型幅 值，包括： 將公式巾（X) =C1Sin( 5X)+C2Cos( 5X)+c3sinh(eX)+c4cosh(eX)作為振型曲線的表 示公式；
A、c2、(：3及c4分別為常數(shù)；a為常 數(shù)；g為索力相關(guān)參數(shù)； 將獲取的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)分析求得子結(jié)構(gòu)單元的振型曲線，結(jié)合振型曲線得到每個(gè) 所述測試點(diǎn)處的振型幅值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述求解所述測試結(jié)構(gòu)的索力T，包括： 根據(jù)所述振型幅值，結(jié)合所述振型曲線所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率f?以及所述測試結(jié)構(gòu)的已知 參數(shù)：單位長度質(zhì)量m、截面抗彎剛度EI，求解索力相關(guān)參數(shù)g;
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述振型幅值，結(jié)合所述振型曲 線所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率f?以及所述測試結(jié)構(gòu)的已知參數(shù)：單位長度質(zhì)量m、截面抗彎剛度EI， 求解索力相關(guān)參數(shù)g，包括：
根據(jù)所述振型幅值、常數(shù)a及所述振型曲線的表示公式，求解所述索力相關(guān)參數(shù)g。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述子結(jié)構(gòu)單元上等間隔設(shè)置多 個(gè)測試點(diǎn)，包括： 將所述子結(jié)構(gòu)單元四等分，將所述子結(jié)構(gòu)單元的起始端、末端及每個(gè)四等分點(diǎn)作為測 試點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述得到每個(gè)所述測試點(diǎn)處的振型幅值， 包括： 通過所述模態(tài)分析，獲取所述子結(jié)構(gòu)單元起始端、末端及每個(gè)四等分點(diǎn)處的振型幅值<i>2> <i>3' ￠5°
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述振型幅值、常數(shù)a及所述振 型曲線的表示公式，求解所述索力相關(guān)參數(shù)g，包括： 將所述振型幅值巾2、巾3、巾4、巾 5與所述振型曲線的表示公式及
9.未知邊界條件下索力測試裝置，其特征在于，包括： 子結(jié)構(gòu)單元選取模塊，用于從預(yù)測試的測試結(jié)構(gòu)上取部分作為子結(jié)構(gòu)單元； 振動(dòng)數(shù)據(jù)獲取模塊，用于在所述子結(jié)構(gòu)單元上等間隔設(shè)置多個(gè)測試點(diǎn)，每個(gè)所述測試 點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)加速度傳感器，通過所述加速度傳感器獲取振動(dòng)數(shù)據(jù)； 振型幅值獲取模塊，用于基于所述振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過模態(tài)分析，得到所述子結(jié)構(gòu)單元的振 型曲線，并從所述振型曲線上提取每個(gè)所述測試點(diǎn)處的振型幅值； 索力獲取模塊，用于根據(jù)所述振型幅值，結(jié)合所述振型曲線所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率f?以及 所述測試結(jié)構(gòu)的已知參數(shù)：單位長度質(zhì)量m、截面抗彎剛度EI，求解所述測試結(jié)構(gòu)的索力T。
【文檔編號(hào)】G01L5/04GK104502010SQ201410543473
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】徐輝, 任偉新 申請(qǐng)人:徐輝, 任偉新