[发明专利]基于比弦模型的拉索截面抗弯刚度识别方法

说明书

本发明公开了基于比弦模型的拉索截面抗弯刚度识别方法，属于土木工程技术领域。方法特征在于：根据拉索受拉后频率分布的比值特征识别拉索的抗弯刚度。具体步骤为：(1)在拉索张拉校准中，给定拉索拉力作用下测量拉索固有振动频率。(2)由比弦模型确定拉索各阶无量纲约束方程关系，选择实测频率及相关的频阶，代入约束方程后求解相对刚度。基于此相对刚度和给定拉力、以及拉索无应力索长反算抗弯刚度。(4)变更拉索拉力，反复执行(1)‑(3)步骤3‑5次，将每次校准试验得到的抗弯刚度识别数值平均即可作为抗弯刚度估计值用于桥梁施工阶段或运营阶段索力测量。

技术领域

本发明涉及一种拉索参数(截面抗弯刚度)识别方法，属于土木工程技术领域。

背景技术

振动法(亦称频率法)因概念明晰、操作简便是目前工程中应用最为普遍的索力测量方法。该方法的误差来源主要有模型误差和参数误差，其中参数误差较少被重视。本文此处所论是影响振动法索力测量的重要参数——截面抗弯刚度。抗弯刚度是导致拉索有别于张紧弦模型的主要因素，也使得频率分布不再服从“倍频关系”。所谓倍频关系，系指在张紧弦模型中，各阶频率之比与阶数之比相等，即：

式中：f_i和f_j分别为拉索受拉时第i阶和第j阶振动频率。

然而在实际工程中的拉索中截面抗弯刚度的存在导致上述关系不复存在。在索力测量中，抗弯刚度参数的误差亦会使索力估计值产生不可忽视的误差。截面抗弯刚度参数如此重要，却不可以直接由直径和钢绞线的弹模推算。原因如下：如图1所示为典型拉索的截面实拍照片，图中显示拉索截面由钢绞线、填充防腐材料、HDPE套管组成。在某些复杂拉索截面中，还有内外层HDPE护套、高强聚脂带等材料。这说明拉索截面是复合材料构成的。同时，图中所见截面中的纲绞线可能是离散布置的。显然，拉索截面抗弯刚度是不能通过截面直径换算出抗弯截面模量的。

发明内容

基于上述分析，为提升振动法索力测量的精度，较为准确的识别拉索截面抗弯刚度是非常必要的。

Hiroshi Zui等在1996年提出了固接边界振动法索力估计的实用估计公式(Practical Formulas for Estimation of Cable Tension by Vibration Method,Journal of Structural Engineering,Vol.122,No.6，1996)，该文献中给出一种类比张紧弦模型的无量纲约束方程。这一方程虽然在提出时用于索力测量，但为本文提出的抗弯刚度识别提供了一个便捷的理论基础。由于类比张紧弦模型，本文称此类方法为“比弦模型”。在比弦模型中，有无量纲约束方程为：

式中：和T为拉索拉力(N)；EI为拉索抗弯刚度(N·m²)；l为拉索无应力长度(m)；f_n为第n阶固有振动频率(Hz)；为同质同长拉索在共同拉力作用下张紧弦模型的第n阶固有振动频率(Hz)。

之所以称式(2)为无量纲约束方程，是因为式中的η_n与ξ在固接边界下需满足该方程，它体现了二者之间的约束关系。

本发明借助式(2)所体现的η_n与ξ之间的关系，给出了张拉校准条件下拉索截面抗弯刚度的识别方法。

通常在拉索出厂前，都需要进行试张拉试验，以确保拉索在预定荷载作用下的工作安全性。此时便具备了张拉校准试验的条件，即在给定张拉力条件下测量拉索的固有振动频率。假定在某级张拉荷载T条件下，测得振动频率分别为f_i、f_j、f_k、f_l等，并识别出相应的频阶分别为i、j、k、l。