[发明专利]桥梁拉索索力的实时计算、监测方法及监测报警系统

说明书

本发明公开一种桥梁拉索索力的实时计算、监测方法及监测报警系统。监测方法包括首先通过监测报警系统的采集设备实时采集拉索的振动信号，然后监测报警系统的监控设备根据振动信号计算实时的拉索索力，最后判定拉索索力是否超出预设的警戒阈值，若超出，则监控设备发出报警信号。拉索索力的计算方法包括首先监控设备获取拉索的振动信号，其次采用希尔伯特‑黄变换方法对振动信号进行时频域变换，得到振动频率时程数据，最后根据振动频率时程数据计算实时的拉索索力。

技术领域

本发明涉及通过测量受应力的振动元件的频率变化测量力的技术领域，特别是涉及一种桥梁拉索索力的实时计算、监测方法及监测报警系统。

背景技术

在缆索支撑桥梁(斜拉桥、悬索桥、中下承式拱桥)的拉(吊)索换索施工过程中，新索的张拉和旧索的拆除都会引起相邻拉索索力的急剧变化，这种变化对拉索、桥梁的安全性都是不利的，轻则导致拉索断裂、主梁损伤，重则导致桥梁损毁，因此需要在拉索索力过大或变化剧烈时及时发出警报。

同时桥梁在运营过程中，车辆荷载的作用会导致拉索的索力出现变化，虽然通常这种变化是短暂的，也是在可控的范围内，但是通过识别拉索索力的变化可以反映出桥面上车辆的荷载信息，因此有必要建立一种拉索索力实时监测方法对桥面车辆荷载进行监控，并在异常状况导致索力过大时发出警报。

基于环境振动的拉索索力识别是目前最常采用的索力监测方法，其原理是利用拾振器测量拉索在环境振动激励下的振动信号，经过滤波、放大和频谱分析，再根据频谱图来确定拉索的自振频率，最后根据自振频率和索力之间的关系计算索力。

由于这种方法通常采用傅里叶分析来获得振动信号的频谱图，获得的自振频率是振动信号测量时间范围内的平均值。因此，采用这种分析方法计算出的拉索索力也是一段时间内的平均值，即现有的计算方法仅能在拉索索力不发生变化的情况下进行识别。如果发生拉索拆除和张拉施工过程中拉索索力急剧变化的情况，现有的分析方法则无法反应出这种拉索索力急剧变化的过程，一旦拉索的索力超出其破断力，就会出现严重的结构安全事故。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种桥梁拉索索力的实时计算、监测方法及监测报警系统。实时采集在桥梁拉索的振动信号，获得拉索振动频率随时间的变化关系，再根据拉索索力与频率之间的关系，得出实时的拉索索力，以便监测拉索索力的变化过程。

技术方案如下：

一种桥梁拉索索力的实时计算方法，包括：

步骤1、获取拉索的振动信号F；

步骤2、对振动信号F进行时频域变换，得到振动频率时程数据；

步骤3、根据振动频率时程数据，采用时程分析方法计算出实时的拉索索力T(t)。

更进一步的，所述步骤2中采用希尔伯特-黄变换方法对振动信号F进行时频域变换。

更进一步的，所述步骤3中采用以下计算式计算实时的拉索索力T(t)：

其中，f_n为n阶自振频率，m为拉索的线密度，l为拉索的长度，EI为拉索的抗弯刚度。

一种桥梁拉索索力的实时监测方法，包括：

步骤S1、实时采集拉索的振动信号F；

步骤S2、根据振动信号F计算实时的拉索索力T(t)；

步骤S3、判定拉索索力T(t)是否超出预设的警戒阈值；

若没有超出，则返回步骤S1；

若超出，则发出报警信号。

更进一步的，步骤S1中通过设置在拉索上的振动传感器采集所述振动信号F。