[发明专利]一种确定大跨桥梁结构主梁横向动位移的方法

说明书

技术领域

本发明属于大跨桥梁结构构件的荷载效应分析领域，涉及一种确定大跨桥梁结构构件荷载效应的方法，具体来说，涉及一种确定大跨桥梁结构主梁横向动位移的方法。

背景技术

缆索承重的大跨桥梁结构体系在桥梁设计类型中已被广泛采用，由于其轻柔特性主梁构件在受到较大风载时会出现明显的横向位移响应，从而严重影响到大跨桥梁结构在运营期间的正常使用和安全性能。因此研究大跨桥梁结构在风荷载响应下主梁跨中横向动位移大小，具有重要现实意义。目前各国研究人员已经在理论推导、有限元模拟和风洞试验方面对风荷载响应的主梁跨中横向动位移进行了一定程度研究。然而，由于风载激励对主梁横向位移影响机制的复杂性，传统的理论推导、有限元模拟和风洞试验很难真实反映大跨桥梁结构在实际运营状态下受风荷载作用的横向动位移大小。

近年来随着大跨桥梁健康监测技术发展，可以在结构构件上安装监测仪器来直接获取大跨桥梁结构在真实环境下的环境荷载和荷载响应监测数据，从而有效避免传统的理论推导、有限元模拟和风洞试验存在初始参数赋值偏差、初始边界条件设定偏差以及次要影响因素的不恰当忽略的问题。但目前针对主梁构件横向动位移这一部分的监测与分析工作甚少，主梁构件横向动位移在真实环境条件下的变化规律仍然未知，尚未有研究提出一种确定大跨桥梁结构在真实环境条件下的主梁横向动位移的方法。

发明内容

技术问题：本发明提出一种可以准确反映主梁构件横向动位移的变化规律，能够利用监测数据得到真实环境条件下的结果的确定大跨桥梁结构主梁横向动位移的方法。

技术方案：本发明的一种确定大跨桥梁结构主梁构件横向动位移的方法，包括如下步骤：

步骤（1）：采集主梁跨中GPS位移的监测数据：

在大跨桥梁的主梁跨中处安装GPS位移监测站，对此处位移向量u(t)进行实时监测并以时间序列存储，u(t)=[u_x(t),u_y(t),u_z(t)]，u_x(t),u_y(t),u_z(t)分别为GPS坐标系下的三轴方向位移，t表示时间，t=1,2,...,L，单位为秒，L表示时间长度；

步骤（2）：对监测数据进行矢量分解和均值处理，得到横向动位移时程u_d(t)；

步骤（3）：利用高斯级数拟合横向动位移数据的功率谱密度：

（a）首先利用改进周期图法计算横向动位移时程u_d(t)的功率谱密度P(f)，其中f表示频率值，P表示谱密度值，然后分别以f、P为横、纵坐标绘制功率谱密度图；

（b）利用功率谱密度的峰值法从所述功率谱密度图中确定非卓越频带区并记为f₁，所述非卓越频带区f₁在功率谱密度图中对应的功率谱密度记为P₁，所述f₁与P₁在功率谱密度图中的一一对应关系采用P₁(f₁)表示；

（c）利用功率谱密度的峰值法从功率谱密度图中确定卓越频带区并记为f₂，卓越频带区f₂在功率谱密度图中对应的功率谱密度记为P₂，f₂与P₂在功率谱密度图中的一一对应关系采用P₂(f₂)表示；

（d）对非卓越频带区f₁及其对应的功率谱密度P₁进行4阶高斯级数表达式拟合，确定非卓越频带区f₁的功率谱密度拟合函数具体流程为：

d1）将f₁与P₁分别取以10为底的对数，并代入下式所示的4阶高斯级数表达式：