專利名稱：：一種中長索的變邊界索力識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種受力的中長索的的索力識別方法，更具體地說，是工程應(yīng)用中的斜拉橋斜拉索、拱橋吊桿、拱橋系桿、懸索橋主攬等索的索力識別方法。
背景技術(shù)：
：隨著工程建設(shè)的大力、快速地發(fā)展，索由于其結(jié)構(gòu)形式簡單、美觀、經(jīng)濟等優(yōu)勢，使得其大量地應(yīng)用在工程建筑中，特別在橋梁建設(shè)中，如斜拉橋斜拉索、拱橋吊桿、拱橋系桿、懸索橋主攬等都是索。索的索力大小關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全，在索的應(yīng)用中，索的索力一般都很大，如在斜拉橋中，斜拉索甚至能承受幾百噸的力，然后將力傳遞到索連接的結(jié)構(gòu)上(如主塔、主梁、端橫梁、主拱)，可見，索的索力對于這些連接結(jié)構(gòu)的局部及整體受力都至關(guān)重要，因此，對于索的索力識別是非常重要的。目前，索力測試方法有許多，其主要有電阻應(yīng)變片測定法、索的伸長量測定法、壓力傳感器測定法、張拉千斤頂測定法、磁通量法、頻率法。電阻應(yīng)變片法，是在索上粘貼應(yīng)變片，通過測定索在力作用下的應(yīng)變，并將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成內(nèi)力的一種方法。這種方法需要破壞索的保護層，而且只能測試出索力的變化量，對于有初始內(nèi)力的索，該方法不能夠測試出來；索的伸長量法也有同樣的不足；壓力傳感器測定法是一個較精確的方法，但是需要事先安裝在索的端部，另外，由于壓力傳感器價格貴，如果每根索都安裝壓力傳感器，很不經(jīng)濟；張拉千斤頂測定法，這種方法測試難度較大，特別是對于已經(jīng)安裝好的索，該法極難實現(xiàn)；磁通量法是通過電磁傳感器測定磁通量變化，根據(jù)索力、溫度與磁通量變化的關(guān)系推算出索力。這種方法在我國的應(yīng)用并不多，如果要精確測量索力，還有待實踐應(yīng)用進一步驗證；頻率法是采用高靈敏度適振器測試索的自振頻率，由索力與其自振頻率的關(guān)系推算索力。頻率的識別采用細化FFT技術(shù)，細化后索的頻率分辨率提高到0.001HZ以上，可以說自振頻率的測試精度完全滿足工程要求，該方法應(yīng)用廣泛，很有應(yīng)用價值，但是目前的頻率法有以下的不足1)只能考慮簡單邊界；2)由于其他結(jié)構(gòu)頻率的影響，對于一些超低頻或超高頻的索的頻率不容易測試，即不容易將測試的頻率分離出來；3)很難去除索中各影響因素(其它結(jié)構(gòu)振動、環(huán)境、自身參數(shù))的具體影響值。但是，如果考慮到頻率與邊界條件的關(guān)系如果索力與頻率的關(guān)系方程改變，在索力不變的情況下，頻率必然變化，通過現(xiàn)場對長索進行測試試驗可知，當(dāng)在索的中間施加約束時，索的頻率增加。本發(fā)明根據(jù)頻率與邊界的關(guān)系，提出了一種中長索的變邊界內(nèi)力識別法。當(dāng)采用本發(fā)明進行索力識別時，索的頻率能達到理想測試范圍，解決中長索、超長索頻率測試問題，同時通過建立復(fù)雜邊界動態(tài)有限元模型，解決了該類索的復(fù)雜邊界下頻率換算索力的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種成本低、索力測試準(zhǔn)確的中長索的變邊界索力識別方法。本發(fā)明原理在工程實踐中，由于環(huán)境噪聲、其他結(jié)構(gòu)振動等對索的頻率測試影響很大，索的基頻理想測試范圍是0.5-20HZ，對于基頻低于0.5HZ的長索，頻率細微的變化對索的內(nèi)力變化影響較大；另外，在工程應(yīng)用中，索的邊界條件復(fù)雜，如減震器、連接器、索中間支撐架、索兩端約束等應(yīng)用，用簡單的索振動理論無法滿足工程精度。本發(fā)明提出了一種變邊界索力識別法，可以通過改變索的邊界條件，以提高索的頻率的目的，實現(xiàn)對該類長索頻率的測試，進而對頻率與索力進行轉(zhuǎn)換，得出索力值。⑴本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)一種中長索的變邊界索力識別方法，包括如下步驟(1)對索進行單元離散，將索分成η個單元，η的取值范圍為40(2)計算每個單元的單元剛度矩陣[K]e和質(zhì)量矩陣[M]e；400，根據(jù)公式式中，P為索的材料密度；A為索的截面面積；TX為采用迭代法假定的索力，其中χ為迭代的次數(shù)，取自然數(shù)；1為離散單元的長度，為L/n，其中L為索全長；e為離散單元的編號，其值為1至η;(2)對索加設(shè)橡膠墊塊構(gòu)成外加約束，橡膠墊塊為2-6塊，橡膠墊塊安裝個數(shù)根據(jù)測試索的長度確定，如果索的長度L(50m,橡膠模塊取2個；如果索的長度50m<L<75m,橡膠模塊取3個；如果索的長度75m彡L<100m,橡膠模塊取4個；如果索的長度100m(L<150m，橡膠模塊取5個；如果索的長度L^150m，橡膠模塊取6；橡膠墊塊給索施加的約束為單向彈簧約束，橡膠墊塊抗壓剛度k為106N/m107N/m；橡膠墊塊位置處索對應(yīng)的單元剛度矩陣變量用Δ[K]e表示，若外加約束處的離散點編號為Ah，而且該處外約束的剛度為kh，則外約束所增加的索結(jié)構(gòu)單元剛度為公式(3)式中，Ah與kh中的h代表外加約束的編號，其值為1m，m為2-6；(3)總體剛度矩陣[K]和質(zhì)量矩陣[M]如公式(4)與公式(5)(5)(4)計算出索的總體剛度矩陣和總體質(zhì)量矩陣后，采用迭代法對索結(jié)構(gòu)自振頻率的特征值方程I[Κ]-ω2[Μ]I=0進行求解，圓頻率ω=2πfx，fx為第χ次迭代索的頻率，χ取自然數(shù)；初始索力T1通過原始記錄資料中索張拉施工時候的油壓表讀數(shù)，或者根據(jù)伸長量換算得到，將T1代入特征值方程I[Κ]_ω2[Μ]I=0，得到系桿1次迭代索的頻率值f1;若Ifi-fI^η,η為允許誤差，那么索力T=T1；否則，按以下兩種情況進入下一次迭代a、如果f\-f<0,重新假設(shè)Tx+1=Tx+ΔΤ,χ為迭代次數(shù)，該次迭代χ=1，每迭代一次，X增加1，ΔΤ為迭代增量，ΔT取索力精確位數(shù)0.01ΚΝ，進入下一次迭代求解特征值方程I[Κ]_ω2[Μ]I=0，得到系桿χ次迭代頻率值fx，最后通過|fx_fI(η判斷系桿索力τ=τχ；b、如果fff>0，再重新假設(shè)Tx+1=Tx-ΔΤ,進入下一次迭代求解特征值方程[Κ]-ω2[Μ]I=0，得到系桿χ次迭代頻率值fx，最后通過|fx_fI彡η判斷系桿索力T=Tx0為進一步實現(xiàn)本發(fā)明目的，所述橡膠墊塊由第一鋼板和第二鋼板之間夾著橡膠構(gòu)成，第一鋼板和第二鋼板與橡膠之間采用萬能膠粘結(jié)。所述橡膠墊塊的抗壓剛度為106N/m107N/m，大小為5cmX5cmX5cm。所述橡膠墊塊之間或者橡膠墊塊與最近的中長索一個端點之間的長度為0.IL0.3L，L為索的全長。橡膠墊塊與索的接觸力需要大于0.25KN,小于5KN，使得橡膠墊塊在彈性范圍內(nèi)。所述允許誤差η為儀器測試精度10_4。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果(1)變邊界索力識別方法通過改變索的邊界條件，以達到調(diào)整索頻率的目的，充分發(fā)揮了頻率法的優(yōu)點，同時又改進了頻率法，突破了頻率測試的盲區(qū)，只要對索施加或者減少部分邊界條件，使得索的頻率達到理想測試范圍，實現(xiàn)索頻率的良好測試，就可以根據(jù)測試模型建立考慮各種約束的索計算模型，同時推導(dǎo)索的振動方程，編制簡單的計算程序，最后將索的頻率轉(zhuǎn)換成索力。更為重要的是，當(dāng)索力測試完后，索的邊界條件可以恢復(fù)，測試成本低、測試結(jié)果精確。(2)變邊界索力識別方法相對于壓力傳感器法、油壓表法、應(yīng)變片法等，其應(yīng)用范圍更加廣闊，如在索端錨固良好或者索有保護套等情況，只有采用變邊界索力識別方法才能在不損壞索的情況下測試索力，可見，本發(fā)明測試成本相對較低；(3)變邊界索力識別方法相對于盲孔法(應(yīng)力釋放法)，其測試精度相當(dāng)，但是盲孔法是直接測試索里面的鋼絲，并在鋼絲上打孔，需要破壞索的保護層及破壞鋼絲，同時，盲孔法對現(xiàn)場測試條件要求較高，對環(huán)境溫度、鋼絲光滑度等都有要求，而本發(fā)明對索不會破壞，可以在負責(zé)條件下進行測試，可見，本發(fā)明是無損測試且有效的；(4)本發(fā)明將大大擴展索的內(nèi)力測試技術(shù)，由于其測試精確、快捷，可以廣泛地應(yīng)用在索結(jié)構(gòu)的施工、監(jiān)控、檢測中，對索的安全性提供強有力的依據(jù)。圖1為中長索的變邊界索力識別法測試模型示意圖2為橡膠墊塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為實施例中系桿布置及對應(yīng)編號。圖4為測試頻率f計算索力T流程圖。圖5為實施例測試模型示意圖。圖6為實施例計算模型示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明，但是本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施方式表述的范圍。如圖1及圖2所示，一種中長索的變邊界索力識別系統(tǒng)，包括索12、橡膠墊塊、適振器9、導(dǎo)線10和采集裝置11；橡膠墊塊由第一鋼板13和第二鋼板15之間夾著橡膠14構(gòu)成，采用萬能膠粘結(jié)，橡膠墊塊的尺寸優(yōu)選為5CmX5CmX5Cm；橡膠墊塊為2_6塊，分別為第一橡膠模塊2、第二橡膠模塊3、第三橡膠模塊4，第四橡膠模塊5、第五橡膠模塊6和第六橡膠模塊7；橡膠墊塊安裝個數(shù)根據(jù)測試索的長度確定，如果索的長度L^50m，橡膠模塊取2個；如果索的長度50m<L<75m,橡膠模塊取3個；如果索的長度75m<L<100m,橡膠模塊取4個；如果索的長度IOOm彡L<150m,橡膠模塊取5個；如果索的長度L彡150m,橡膠模塊取6。橡膠墊塊給索施加的約束為單向彈簧約束，其抗壓剛度k為106N/m107N/m，橡膠墊塊之間或者橡膠墊塊與最近的中長索一個端點之間的長度為0.IL0.3L，L為中長索的全長，優(yōu)選取0.IL或0.2L；橡膠墊塊與索的接觸力需要大于0.25KN,小于5KN，使得橡膠墊塊在彈性范圍內(nèi)。適振器9設(shè)置在索12的中間，或者設(shè)置在任意兩個橡膠墊塊的中間，采集裝置包括采集卡、放大器和計算機，為本領(lǐng)域通用部件；適振器9通過導(dǎo)線10連接放大器，放大器與采集卡連接，采集卡與計算機相連；由計算機采集及處理數(shù)據(jù)，得到索的自振頻率值。索12的左端點1和右端點8之間的長度為中長索12的總長度L；索12的參數(shù)包括彈性模量E、截面慣性矩I、長度L；左端點1和右端點8通過鉸接約束還是固結(jié)約束。一種中長索的變邊界索力識別方法，包括如下步驟(1)對索進行單元離散，將索分成η個單元，η的取值范圍為40400，如可將每米長的索作為一個單元，根據(jù)公式(1)(2)計算每個單元的單元剛度矩陣[K]e和質(zhì)量矩陣[M]e。式中，P為索的材料密度(kgg/m3)；A為索的截面面積(m2);TX為采用迭代法假定的索力(N)，其中χ為迭代的次數(shù)，取自然數(shù)；η為單元個數(shù)；1為離散單元的長度(m)，為L/n，其中L為索全長；e為離散單元的編號，其值為1至η。(2)對索加設(shè)橡膠墊塊后，橡膠墊塊位置處對應(yīng)的單元剛度矩陣發(fā)生了變化，該變量用Δ[K]e表示，如果外加約束處的離散點編號為Ah，而且該處外約束的剛度為kh，那么外約束所增加的索結(jié)構(gòu)單元剛度為公式(3):其中e=Ah式中，Ah與kh中的h代表外加約束的編號，其值為1~m，m為外加約束個數(shù)，m=2-6。(3)總體剛度矩陣[K]和質(zhì)量矩陣[M]如公式(4)與公式(5)(4)計算出索的總體剛度矩陣和總體質(zhì)量矩陣后，采用迭代法對索結(jié)構(gòu)自振頻率的特征值方程|[Κ]_ω2[Μ]|=0進行求解，圓頻率ω=2πfx，初始索力T1通過原始記錄資料中索張拉施工時候的油壓表讀數(shù)，或者根據(jù)伸長量換算得到，將T1代入特征值方程-ω2[Μ]=0，得到系桿ι次迭代頻率值，若Ifffl^η,η為允許誤差，那么索力T=T1；否則，按以下兩種情況進入下一次迭代1)如果f\-f<0，重新假設(shè)Tx+1=Tx+ΔT(χ為迭代次數(shù)，該次迭代χ=1，以后迭代X按整數(shù)增加)，ΔΤ為迭代增量，ΔT取索力精確位數(shù)0.01ΚΝ，進入下一次迭代求解特征值方程I[Κ]_ω2[Μ]I=0，得到系桿χ次迭代頻率值fx，最后通過|fx_fI彡η判斷系桿索力T=Tx；2)如果frf>0，再重新假設(shè)Τχ+1=ΤΧ_ΔΤ，進入下一次迭代求解特征值方程[Κ]-ω2[Μ]I=0，得到系桿χ次迭代頻率值fx，最后通過Ifx-f|彡η判斷系桿索力τ=Tii。實施例對某系桿拱橋的系桿進行索力測試，索為260m的鋼絞線，在鋼絞線中間有兩塊分絲板將鋼絞線分成了3段，長度為49.7m+160.6m+49.7m，分絲板對鋼絞線的約束很強，相當(dāng)于鋼絞線“錨固”在分絲板處。每10-12根鋼絞線形成一束系桿，一束系桿里面的鋼絞線之間的距離非常小，在鋼絞線的中間區(qū)域，有鋼絞線與鋼絞線緊貼的現(xiàn)象，另外系桿鋼絞線之間填充黃油等物質(zhì)，系桿設(shè)在兩片拱肋軸線處(橋面系槽形板內(nèi))，用以抵抗主拱的水平推力。每片拱肋軸線下系桿由25(5X5)束鋼絞線組成，每束包括10-12根直徑15.24mm鋼絞線，鋼鉸線標(biāo)準(zhǔn)強度為1860MPa。系桿的位置及編號如圖3所示，S代表上游系桿，X代表下游系桿，符號后面數(shù)字如5-3中代表第五行第三列；S5-3、S5-4、X5-2、X5-3為備用索。系桿的縱向總長為260m，兩邊各有15m錨固區(qū)域，另外在兩邊離端部49.7m處各有一個分絲板(離第1根吊桿0.3m處)，該分絲板焊接在鋼箱里面，鋼絞線和分絲板接觸緊密，特別是在每束中間的鋼絞線如同被旁邊鋼絞線“錨固”在分絲板的小圓孔里面。如果直接測試，有兩方面的問題不能夠解決，一是當(dāng)測試單根鋼絞線時，其邊界條件非常復(fù)雜，如果用現(xiàn)有頻率法的兩端約束來模擬，顯然達不到要求；二是系桿的頻率將可能很低，而受到環(huán)境、其他結(jié)構(gòu)等低頻振動及測試儀器的影響，不能測試系桿鋼絞線的頻率。應(yīng)用本發(fā)明方法，對上述中長索的變邊界索力進行識別，包括如下步驟(1)收集系桿測試參數(shù)如表1所示，基本的系桿參數(shù)包括組成系桿結(jié)構(gòu)的材料的彈性模量，受力的截面積，抗彎剛度；系桿的計算索長，單位系桿長的重量。系桿中間支撐采用橡膠墊塊，是由上下兩面鋼板及中間橡膠層構(gòu)成，如圖2，該橡膠墊塊的支撐剛度已經(jīng)在實驗室標(biāo)定，支撐剛度可以由三點彎曲試驗中的單位位移下的力確定，經(jīng)標(biāo)定，6塊橡膠墊塊的支撐剛度分別為K1=1.0464X106N/m、K2=1.0104X106N/m、K3=0.9677X106N/m、K4=0.9732X106N/m、K5=0.928X106N/m、K6=0.9527X106N/m，從中可以看出這6個支撐剛度很接近，為了現(xiàn)場測試方便，6個橡膠墊塊統(tǒng)一采用支撐剛度為1X106N/m。表1基本參數(shù)表(2)確定測試模型本測試索長為260m，索在49.7m處有轉(zhuǎn)向塊，可以等效于錨固，因此，實際只要測試索長為49.7m，根據(jù)本發(fā)明參數(shù)的確定原則，可以確定橡膠墊塊的個數(shù)及距離，測試模型如圖6所示，由于測試索長小于50m，因此采用2個橡膠墊塊，橡膠墊塊的距離或橡膠墊塊與最近的索端距離為0.10.3L，相當(dāng)于4.9714.91，為了取整數(shù)方便，這里采用橡膠墊塊間距為8m，橡膠墊塊與最近的索端距離采用5m。(3)對測試系桿進行測試，得到測試頻率值。通過對上游5根系桿進行測試，將適振器9放置在兩個橡膠墊塊的中間，連線放大器及采集卡系統(tǒng)測試得到系桿頻率值，從系桿測試頻譜圖可以了解，系桿的第1、2、3階頻率值測試不明顯，第4階的頻率值測試良好，故采用第4階頻率值作為系桿頻率計算值，如表2。表2頻率測試值9(4)將索的頻率轉(zhuǎn)換成索的索力。如圖7所示，將測試模型轉(zhuǎn)換成計算模型，其中在約束位置設(shè)置單元節(jié)點，在節(jié)點之間設(shè)置η個單元，η取50，建立有限元模型。由該工程的竣工資料可知，系桿竣工時的內(nèi)力為120kN，隨著系桿的運營服務(wù)15年，系桿內(nèi)力將有所損失，由于η為50，那么計算模型離散后，前49個單元長度1為lm，第40個單元長度1為0.7m。由表1知EI為1.95XIO11X9.69X10,=188.955。因此這50個單元各個單元剛度矩陣[K]e可以由公式(1)得到(1)由表1可知PA=7.85e3X0.000137=1.075kg/m，因此這50個單元各個單元質(zhì)量矩陣[Μ]ε可以由公式(2)得到(2)當(dāng)η為5或13時，正好有橡膠墊塊約束，橡膠墊塊的剛度kh可以統(tǒng)一約為1XIO6N/m,因此橡膠墊塊在單元5及單元13上增加單元剛度矩陣Δ[K]e可以由公式(3)得到其中e=5或者13⑶為此可以形成總體剛度矩陣[K]和質(zhì)量矩陣[M]，如公式(4)與公式(5)(4)10計算出索的總體剛度矩陣和總體質(zhì)量矩陣后，形成求解索結(jié)構(gòu)自振頻率的特征值方程I[Κ]_ω2[Μ]I=0，該方程中圓頻率ω=2πfx。該方程采用迭代法求解，即假定系桿初始迭代內(nèi)力為T1,由該工程的竣工資料可知，系桿竣工時的內(nèi)力為120kN，便可假設(shè)1\=120kN，代入特征值方程I[Κ]_ω2[Μ]|=0，得到系桿1次迭代頻率值，如果得到的頻率值&與測試的頻率值f(如表2)在誤差范圍內(nèi)相等(|f\-f|^η,η為允許誤差，取儀器測試精度10_4)，那么索力T=T1，否則按如下兩種情況進行下一步迭代1)如果fi-f<0，重新假設(shè)Tx+1=Tx+ΔT(χ為迭代次數(shù)，該次迭代χ=1，以后迭代X按整數(shù)增加，δT為迭代增量，ΔT取索力精確位數(shù)0.01ΚΝ)，進入下一次迭代求解特征值方程I[Κ]-ω2[Μ]I=0，得到系桿χ次迭代頻率值fx，最后通過|fx-fI彡η判斷系桿索力T=Tx；2)如果fi-f>0，重新假設(shè)Tx+1=Tx-ΔΤ,進入下一次迭代求解特征值方程[Κ]-ω2[Μ]I=0，得到系桿χ次迭代頻率值fx，最后通過Ifx-f|彡η判斷系桿索力τ=Tii。通過不同頻率值迭代計算出的系桿索力見表3。表3(5)盲孔法(應(yīng)力釋放法)系桿內(nèi)力測試盲孔法(采用應(yīng)力釋放法)見NawwarAM在文獻“Amodifiedhole-drillingtechniquefordeterminingresidualstressesinthinplate，，中有所介紹，i亥法貝|J得白勺系桿內(nèi)力如表5所示，該測試方法是以測量由應(yīng)力釋放引起的應(yīng)力分布和恒載應(yīng)力與應(yīng)力重新分配之間的關(guān)系為基礎(chǔ)，測得下游系桿內(nèi)力平均值為98.3KN。表2盲孔法(應(yīng)力釋放法)系桿測試內(nèi)力表(6)兩種方法對比結(jié)論系桿的內(nèi)力測試是工程上的一個難點，目前只有盲孔法(應(yīng)力釋放法)才能將系桿的內(nèi)力測試出來。由于單根鋼絲的直徑只有5mm，因此，在測試過程中，粘貼的應(yīng)變片數(shù)量從3個減少為2個，又由于環(huán)境濕度高及溫度變化快等，對應(yīng)變片的測試精度都有較大影響，該方法測試還要在鋼絲索上鉆一個小孔，對鋼絲索有一定的損傷。從兩種方法的測試結(jié)果來看，盲孔法得出的下游系桿內(nèi)力的平均值為98.3KN，本例得到的下游系桿內(nèi)力的平均值為97.4KN,相差0.9KN,誤差為1%，可以認為這兩種方法測試的系桿內(nèi)力基本一致，也就是說，索測試的頻率及其換算索內(nèi)力的方法是可行的。本發(fā)明通過設(shè)定有規(guī)律的約束，改變鋼絞線的固有頻率，使得鋼絞線的頻率增大到理想測試范圍之內(nèi)，同時減少了中間復(fù)雜的接觸約束的影響，最終頻率測試良好，得到了測試頻率，再建立索力與頻率方程，可以測試出復(fù)雜狀態(tài)下的索的內(nèi)力。該方法直接、方便，只要對一種復(fù)雜狀態(tài)下的索力進行測試，便可以將該流程及程序廣泛應(yīng)用該類復(fù)雜索中，更為可貴的是該方法對索無損傷，受環(huán)境的溫度、濕度影響甚小。1權(quán)利要求一種中長索的變邊界索力識別方法，其特征在于包括如下步驟(1)對索進行單元離散，將索分成n個單元，n的取值范圍為40～400，根據(jù)公式(1)～(2)計算每個單元的單元剛度矩陣[K]e和質(zhì)量矩陣[M]e；<mrow><msub><mrow><mo>[</mo><mi>K</mi><mo>]</mo></mrow><mi>e</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>EI</mi><msup><mi>l</mi><mn>3</mn></msup></mfrac><mfencedopen='{'close='}'><mtable><mtr><mtd><mn>12</mn></mtd><mtd><mn>6</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>12</mn></mtd><mtd><mn>6</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>6</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mn>4</mn><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>6</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mn>2</mn><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>-</mo><mn>12</mn></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>6</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mn>12</mn></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>6</mn><mi>l</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>6</mn></mtd><mtd><mn>2</mn><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>6</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mn>4</mn><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>T</mi><mi>x</mi></msub><mrow><mn>30</mn><mi>l</mi></mrow></mfrac><mfencedopen='{'close='}'><mtable><mtr><mtd><mn>36</mn></mtd><mtd><mn>3</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>36</mn></mtd><mtd><mn>3</mn><mi>l</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>3</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mn>4</mn><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>3</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mo>-</mo><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>-</mo><mn>36</mn></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>3</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mn>36</mn></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>3</mn><mi>l</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>3</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mo>-</mo><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>3</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mn>4</mn><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mrow><mo>[</mo><mi>M</mi><mo>]</mo></mrow><mi>e</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>ρAl</mi><mn>420</mn></mfrac><mfencedopen='{'close='}'><mtable><mtr><mtd><mn>156</mn></mtd><mtd><mn>22</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mn>54</mn></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>13</mn><mi>l</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>22</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mn>4</mn><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mtd><mtd><mn>13</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>3</mn><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>54</mn></mtd><mtd><mn>13</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mn>156</mn></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>22</mn><mi>l</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>-</mo><mn>13</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>3</mn><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>22</mn><mi>l</mi></mtd><mtd><mn>4</mn><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中，ρ為索的材料密度；A為索的截面面積；Tx為采用迭代法假定的索力，其中x為迭代的次數(shù)，取自然數(shù)；l為離散單元的長度，為L/n，其中L為索全長；e為離散單元的編號，其值為1至n；(2)對索加設(shè)橡膠墊塊構(gòu)成外加約束，橡膠墊塊為26塊，橡膠墊塊安裝個數(shù)根據(jù)測試索的長度確定，如果索的長度L≤50m，橡膠模塊取2個；如果索的長度50m≤L＜75m，橡膠模塊取3個；如果索的長度75m≤L＜100m，橡膠模塊取4個；如果索的長度100m≤L＜150m，橡膠模塊取5個；如果索的長度L≥150m，橡膠模塊取6；橡膠墊塊給索施加的約束為單向彈簧約束，橡膠墊塊抗壓剛度k為106N/m～107N/m；橡膠墊塊位置處索對應(yīng)的單元剛度矩陣變量用Δ[K]e表示，若外加約束處的離散點編號為Ah，而且該處外約束的剛度為kh，則外約束所增加的索結(jié)構(gòu)單元剛度為公式(3)<mrow><mi>Δ</mi><msub><mrow><mo>[</mo><mi>K</mi><mo>]</mo></mrow><mi>e</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='{'close='}'><mtable><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><msub><mi>k</mi><mi>h</mi></msub></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>其中e＝Ah(3)式中，Ah與kh中的h代表外加約束的編號，其值為1～m，m為26；(3)總體剛度矩陣[K]和質(zhì)量矩陣[M]如公式(4)與公式(5)<mrow><mo>[</mo><mi>K</mi><mo>]</mo><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>e</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><msub><mrow><mo>[</mo><mi>K</mi><mo>]</mo></mrow><mi>e</mi></msub><mo>+</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>h</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>m</mi></munderover><munder><mi>Σ</mi><mrow><mi>e</mi><mo>=</mo><msub><mi>A</mi><mi>h</mi></msub></mrow></munder><mi>Δ</mi><msub><mrow><mo>[</mo><mi>K</mi><mo>]</mo></mrow><mi>e</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>[</mo><mi>M</mi><mo>]</mo><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>e</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><msub><mrow><mo>[</mo><mi>M</mi><mo>]</mo></mrow><mi>e</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>(4)計算出索的總體剛度矩陣和總體質(zhì)量矩陣后，采用迭代法對索結(jié)構(gòu)自振頻率的特征值方[K]ω2[M]|＝0進行求解，圓頻率ω＝2πfx，fx為第x次迭代索的頻率，x取自然數(shù)；初始索力T1通過原始記錄資料中索張拉施工時候的油壓表讀數(shù)，或者根據(jù)伸長量換算得到，將T1代入特征值方程|[K]ω2[M]|＝0，得到系桿1次迭代索的頻率值f1，若|f1f|≤η，η為允許誤差，那么索力T＝T1；否則，按以下兩種情況進入下一次迭代a、如果f1f＜0，重新假設(shè)Tx+1＝Tx+ΔT，x為迭代次數(shù)，該次迭代x＝1，每迭代一次，x增加1，ΔT為迭代增量，ΔT取索力精確位數(shù)0.01KN，進入下一次迭代求解特征值方程|[K]ω2[M]|＝0，得到系桿x次迭代頻率值fx，最后通過|fxf|≤η判斷系桿索力T＝Tx；b、如果f1f＞0，再重新假設(shè)Tx+1＝TxΔT，進入下一次迭代求解特征值方程|[K]ω2[M]|＝0，得到系桿x次迭代頻率值fx，最后通過|fxf|≤η判斷系桿索力T＝Tx。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變邊界索力識別方法，其特征在于所述橡膠墊塊由第一鋼板和第二鋼板之間夾著橡膠構(gòu)成，第一鋼板和第二鋼板與橡膠之間采用萬能膠粘結(jié)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變邊界索力識別方法，其特征在于所述橡膠墊塊的抗壓剛度為106N/m107N/m，大小為5cmX5cmX5cm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變邊界索力識別方法，其特征在于所述橡膠墊塊之間或者橡膠墊塊與最近的中長索一個端點之間的長度為0.IL0.3L，L為索的全長。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變邊界索力識別方法，其特征在于橡膠墊塊與索的接觸力需要大于0.25KN,小于5KN，使得橡膠墊塊在彈性范圍內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變邊界索力識別方法，其特征在于所述允許誤差η為儀器測試精度10_4。全文摘要本發(fā)明公開了一種中長索的變邊界索力識別方法，該方法對索進行單元離散，將索分成n個單元，n的取值范圍為40-400，根據(jù)公式(1)-(2)計算每個單元的單元剛度矩陣[K]e和質(zhì)量矩陣[M]e；然后對索加設(shè)橡膠墊塊構(gòu)成外加約束，橡膠墊塊為2-6塊，橡膠墊塊安裝個數(shù)根據(jù)測試索的長度確定，在確定總體剛度矩陣[K]和質(zhì)量矩陣[M]，采用迭代法對索結(jié)構(gòu)自振頻率的特征值方程|[K]-ω2[M]|＝0進行求解，得到索力T。本發(fā)明在索力不變的情況下，改變索的邊界條件下，其索的頻率發(fā)生變化，索的頻率與索力關(guān)系方程隨著索的邊界條件變化而變化，解決了由于索在復(fù)雜環(huán)境下其頻率測試不了的情況，同時可以通過調(diào)整邊界條件，使得索的頻率在現(xiàn)有儀器能測試的區(qū)間。文檔編號G06F19/00GK101900620SQ20101020800公開日2010年12月1日申請日期2010年6月23日優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日發(fā)明者李平杰,王榮輝申請人:華南理工大學(xué)