[发明专利]一种振动方法测试斜拉桥索力时确定拉索基本频率的方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁结构领域，涉及振动法测斜拉桥索力时拉索基本频率的确定方法，尤其是涉及一种振动方法测试斜拉桥索力时确定拉索基本频率的方法。

背景技术

拉索是斜拉桥的重要受力构件，索力大小控制着斜拉桥的内力分布及桥形变化。拉索具有刚度小、自重轻、阻尼低、易发生振动等特点。斜拉索索力测量对于施工期和成桥状态下的斜拉桥都有十分重要的意义。振动频率法(Frequency Vibration Method)是斜拉桥索力检测中的一种通用方法，作为一种间接方法，振动频率法测索力的关键在于如何从获得的拉索实测加速度时程数据中准确得到拉索的基频。

由于现场量测条件与测点布置的限制，采用振动频率法进行斜拉桥拉索索力量测时，加速度传感器一般难以布置在索长的中点，通常是布置在靠近桥面附近，测点到索锚固端的距离通常约为索长的1/10～1/30，实测索的动力响应多以索的高阶振型为主，一阶振动能量有限，难以直接获得拉索的第一自振频率(基频)，而且，加速度信号采样频率的大小与信号分析处理时滤波范围的变化，均会影响动力分析结果，导致实测加速度数据处理结果中谱曲线上最突出的峰值对应的频率可能不是索的基频，而是多个高阶频率甚至包括部分由于滤波导致的虚部反射频率。

另外，实际中由于各种因素的影响，频谱曲线上相邻峰值对应频率的差值并不完全相等，而且往往都不一定等于基频，有时测点刚好布置在拉索某阶振型的驻点位置，由于驻点影响导致该点频谱图中出现功率谱图中出现跳阶现象，功率谱密度图中峰值对应的频率可能不是呈倍数关系，这时直接用频差法处理实测数据就会导致错误的结果。新基频法也存在计算量大的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种斜拉桥拉索振动基本频率测试的综合频差方法，通过对不同斜拉桥拉索振动加速度测量数据的处理，验证了本发明提出的综合频差法比已有方法如新基频法，频差法等更加简单、直接、准确。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种振动方法测试斜拉桥索力时确定拉索基本频率的方法，包括以下步骤：

第一步，确定被测索实测加速度时程的自功率谱曲线上各个谐振峰峰值，从中找出最高峰、次最高峰与第三高峰对应的三个频率值分别为f_i、f_j、f_k；

第二步，按照频率值从小到大的顺序排队，计算相邻频率之间的差值Δf₁与Δf₂，Δf₁为次小频率值与最小频率值的差，Δf₂为最大频率值与次小频率值的差；

第三步，判断三个峰值是否为连续三阶或有跳阶情况，从而确定基频初值f：

计算两个频率差的比值并取整，结果为N，N＝int[max(Δf₂，Δf₁)/min(Δf₂，Δf₁)+0.05]；如果N＝1，则三个峰值为连续三阶频率，f＝(Δf₁+Δf₂)/2；如果N＞1，则表示有跳阶情况，f＝[max(Δf₂，Δf₁)/N+min(Δf₂，Δf₁)]/2；

第四步，分别计算f_i、f_j、f_k与f的比值并取整，结果为i、j和k；

i＝int(f_i/f+0.05)

j＝int(f_j/f+0.05)

k＝int(f_k/f+0.05)

第五步，计算平均基频f_v，f_v＝(f_i/i+f_i/j+f_k/k)/3；

第六步，计算预测索力T，T＝4ML²(f_v)²

式中M为拉索单位长度的质量(单位kg/m)，L为索的计算长度(单位m)。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1)计算简单，按过程操作，不需要其他复杂的判断与处理过程，计算过程简单明了。