[发明专利]悬索桥吊索索力测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑领域，具体涉及的是悬索桥吊索索力测定方法。

背景技术

吊索是悬索桥重要的受力构件，悬索桥使用过程中，吊索索力是评估悬索结构健康状态的重要指标。而测量吊索索力最常使用方法的是频率法，但是频率法测量效率较低，不能同时测量索的其他内在变化。

在相关技术中，悬索桥主缆结构的找形问题是悬索桥静力分析中的核心问题，解决这类问题主要有三种较为成熟的方法：有限元法、动力松弛法和力密度法。但在实际悬索结构的分析中，还存在另外一类问题：已知悬索的节点坐标，求解悬索节点的内力问题，即为悬索找形问题的反问题——“以形找力”问题。发明人发现，通过“以形找力”方法可实现吊索索力的测量，但在相关技术中，未见有基于悬索桥悬索结构“以形找力”问题得到悬索桥吊索索力的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供悬索桥吊索索力测定方法，解决相关技术中未有基于悬索桥悬索结构“以形找力”问题得到悬索桥吊索索力的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是悬索桥吊索索力测定方法，依次包括以下步骤：

步骤一，测定悬索桥主缆线形。

步骤二，根据主缆的物理参数，计算得到所述主缆的自重荷载集度q₀。

步骤三，确定主缆水平力H₀：任意选取主缆无吊索区三点坐标i,m,j，i,m,j三点竖向坐标分别记为z_i、z_m、z_j，i,m两点的水平方向坐标记为x_i、x_m，则根据悬链线方程得到关于所述由主缆水平力H₀的关系式式中L＝|x_i-x_m|，由主缆水平力H₀的关系式计算得到H₀。

步骤四，构建有限元程序，识别吊点的节点荷载P_j：假设j为所求节点，且j为第e号单元与第e+1号单元相连的节点，i为第e号单元的另一个节点，k为第e+1号单元的另一个节点，已知节点i，j，k的坐标和主缆水平力H₀，则直接作用在节点j上的集中节点荷载可得到节点荷载，即得到吊索索力。

作为优选，根据所述步骤一、二、三、四，编写吊索索力识别程序，实现对所有吊索的内力一次性进行识别。

作为优选，所述步骤一，测定悬索桥主缆线形时，适当选取悬索桥主缆测量点，测定所述测量点的三维坐标，根据悬链线理论，由所述测量点的坐标对其他吊点位置的坐标进行分段悬链线拟合。

作为优选，由于步骤三中所述主缆水平力H₀的关系式为超越方程，将关于所述主缆水平力H₀的关系式变形为迭代式并通过迭代法求解得到所述主缆水平力H₀，式中

作为优选，所述步骤三，确定所述主缆水平力H₀是采用二分法进行迭代求解，迭代步骤如下：(1)、确定初始值，假定水平力的上、下限值分别为分别将其代入计算得到相应的值，使得(2)、迭代开始，取代入计算得到(3)、判断收敛性，若Tol为预设的收敛容差，则迭代终止，(4)、当不满足收敛条件时，则下限值更新为若则上限值更新为然后转到(2)，继续迭代直至结果收敛。

作为优选，所述主缆水平力H₀为常数。

作为优选，所述主缆的物理参数包括主缆的截面积和缠丝重量。

作为优选，所述步骤一，测定悬索桥主缆线形是在天气变化平稳(气温稳定、微风)的条件下进行测定。

本发明的有益效果：

1、采用频率法测量吊索索力时，吊索的频率测试精度直接影响了索力的识别精度，而短索的频率测试十分困难且误差较大，因此索越短，索力的计算精度越低。本发明提出的方法识别索力时，索力的识别精度与吊索的长度无关，仅与主缆线形的测试精度有关，因此对于短索而言，本发明的精度较高。

2、对于悬索桥的吊索而言，当吊索的长度超过20m时为了抑制吊索的振动，常常会采用减振架将同一主缆位置的四根吊索“绑定”起来，这就改变了吊索振动的边界条件，使得采用传统的频率法来测量此类吊索的索力时，计算误差较大。本发明提出的方法识别索力时，与吊索的振动特性无关，避开了复杂的边界条件索力计算。