[发明专利]复杂边界条件下基于未知减振器支撑刚度的索力测试方法

说明书

本发明公开了一种复杂边界条件下基于未知减振器支撑刚度的索力测试方法，针对现代桥梁的拉索往往会在端部安装各种类型的减振装置，这将导致拉索的索力‑频率关系发生较大改变，从而影响常规频率法测量索力的精度的技术问题，本发明对带减振器拉索提供一种减振器识别的有限元索力测试方法，首先建立拉索模型，减振器橡胶圈位置等效替换为弹簧装置，得到不同减振器支撑刚度下的索力频率关系，再利用多阶实测频率识别拉索减振装置支撑刚度并修正索力‑频率关系，最后通过插值原理由实测频率确定实测索力。使用本发明应用某拱桥时得到的拉索端部减振装置安装前后的有限元法索力‑频率关系与现场实测结果非常接近，验证了本发明存在一定的工程价值。

技术领域

本发明涉及拉索索力测试技术领域，具体涉及一种复杂边界条件下基于未知减振器支撑刚度的索力测试方法，涉及端部带减振装置拉索或吊杆的频率法测量索力，特别是针对两端护筒内置橡胶减振器。

背景技术

处在外界荷载和自然情况中的拉索不可避免会出现振动，而振动会导致拉索根部出现反复挠曲，加速钢丝的疲劳，也会引起人们对大桥结构安全性的恐慌。为此国内外的拉索企业或厂家生产了多种减振器以抑制拉索的大幅度振动。对于带减振器的拉索解析法太过繁复实际应用性较低，不同学者对频率法研究多年，虽然有多种实用公式，却多是针对规范的拉索；常规有限元法索力测量方法并未考虑拉索的弹性支承。故如何考虑减振器进行索力识别成为了亟待解决的问题，近些年传感器的电子元件灵敏度的发展和有限元软件的普及为上述复杂边界的频率法测试索力提供了一定的帮助。

现有技术中，对于带减振装置拉索的研究主要有以下几个方面：其中陈庆志提出了基于PSO优化算法而识别抗弯刚度、减振装置支撑刚度等，该识别方法倚靠实测的多阶频率，而实际短索三阶以上的频率不容易测得，并且提出的索力公式基于能量法，而拉索-减振装置系统由于阻尼力的存在为非保守系统，系统能量不守恒，不可用能量法求解；李庭波提出了在不考虑抗弯刚度下减振器等效刚度的求解，但实际短索抗弯刚度较大，忽略抗弯刚度也会导致一定的偏差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种复杂边界条件下基于未知减振器支撑刚度的索力测试方法，通过有限元法和实测频率的应用，利用多阶实测频率识别拉索减振装置支撑刚度并修正索力-频率关系，最后通过插值原理由实测频率确定实测索力。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于ANASYS软件的索力测试方法，包括如下步骤：

S1、利用有限元软件ANSYS建立带减振装置拉索的模型，通过循环命令得到不同减振装置支撑刚度下的索力频率关系。

S2、振动传感器绑扎在拉索上，对振动信号进行频域分析，拾取频谱图各阶峰值频率即可得到斜拉索的各阶自振频率。

S3、通过一定长度的拉索的实测前三阶频率识别减振装置支撑刚度。

S4、在确定的支撑刚度下由有限元软件ANSYS计算不同拉索在不同索力下的索力频率关系。

S5、最后通过插值原理由实测频率确定实测索力。

进一步地，所述的步骤S1具体操作过程如下：

(1)为了方便输入输出，需要把模型参数输入与输出结果以数组形式存储，使用ARRAY数值型数组定义，利用*DIM命令定义数组参数，使用*SET命令输入数组参数赋值；

(2)拉索几何模型建立和网格划分，对于有减振装置的拉索，需在护筒减振圈位置处增加弹性支承，模型如图1所示；

(3)施加边界条件和索力，索力的数值需考虑拉索；

(4)索力静力效应下初始内力计算，因拉索在承受自重和预应力作用下存在自平衡状态，故需要考虑几何非线性；