[发明专利]基于超声回波包络建模的悬索桥索夹螺杆轴力识别方法

说明书

本发明公开了一种基于超声回波包络建模的悬索桥索夹螺杆轴力识别方法，涉及超声无损检测技术领域，该方法包括：建立螺杆轴力计算公式；制作悬索桥索夹螺杆样件，依次标定螺杆应力系数和螺杆温度系数，并代入螺杆轴力计算公式；设定高斯回波包络模型的各参数阈值；在待测螺杆端面施加超声波激励，得到待测螺杆的回波信号，建立待测螺杆高斯回波包络模型；当待测螺杆高斯回波包络模型的幅值参数大于幅值参数阈值，其尺度参数大于尺度参数最小阈值且小于尺度参数最大阈值，以及其确定系数大于确定系数阈值时，获取待测螺杆高斯回波包络模型的时间参数作为待测螺杆的回波声时，计算待测螺杆轴力。本发明，检测速度快、精度高，且轴力结果可靠。

技术领域

本发明涉及超声无损检测技术领域，具体涉及一种基于超声回波包络建模的悬索桥索夹螺杆轴力识别方法。

背景技术

悬索桥索夹螺杆轴力是保障索夹抗滑移性能的主要因素。索夹螺杆轴力不足将会导致索夹在索体上产生滑移，造成吊索连接节点偏位，使得加劲梁及吊索的受力状态发生改变，对结构的整体稳定和承载力等结构性能产生不利影响。同时，索夹在主缆上的滑移会破坏主缆缠丝及防锈层, 造成主缆损伤，影响其耐久性能。

目前，用于识别索夹螺杆轴力的方法主要有扭矩扳手法、拔出法、应变法和超声法。扭矩扳手法操作简单，但受螺纹接触面摩擦系数差异的影响较大，识别精度较差，仅能对螺杆轴力进行定性分析。拔出法在一定程度提高了螺杆轴力识别精度，但操作复杂，识别效率较低。应变法需要在每个待测螺杆表面预装应变传感器，当待测螺杆较多时，其经济性较差，且仅能测得轴力的相对变化。

相关技术中，超声法是基于声弹性效应，通过杆中超声声时变化来反映螺杆轴力变化，具有操作简单、识别速度快，检测精度高等优点。但是，现有的超声应力测试技术多采用人工直接读取声时，不仅读取效率低，识别结果受人为因素影响大，且当实测信号质量较差时，甚至无法有效读取声时。另外，超声信号受超声探头与待测螺杆的耦合状态影响较大。由于目前仍缺乏有效评价实测超声信号质量的方法，在实桥检测时往往无法分辨声时变化是由超声探头耦合状态差异引起还是由于轴力变化引起，使得轴力识别结果的可靠性无法保障。限于以上不足，超声法在悬索桥索夹螺杆轴力识别中仍未得到有效应用。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷之一，本发明的目的在于提供一种基于超声回波包络建模的悬索桥索夹螺杆轴力识别方法，以提高悬索桥索夹螺杆轴力识别的准确性和可靠性。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种基于超声回波包络建模的悬索桥索夹螺杆轴力识别方法，其包括步骤：

根据螺杆轴力与纵波波速的线性关系，建立螺杆轴力计算公式；

制作悬索桥索夹螺杆样件，依次标定螺杆应力系数和螺杆温度系数，并代入上述螺杆轴力计算公式；上述螺杆样件的几何参数及材料参数与待测螺杆一致；

根据上述螺杆应力系数和螺杆温度系数的标定过程，设定高斯回波包络模型的各参数阈值；上述各参数阈值包括幅值参数阈值、尺度参数最小阈值、尺度参数最大阈值和确定系数阈值；

在待测螺杆端面施加超声波激励，得到上述待测螺杆的回波信号，进而得到回波包络信号，建立待测螺杆高斯回波包络模型；

当上述待测螺杆高斯回波包络模型的幅值参数大于上述幅值参数阈值，其尺度参数大于上述尺度参数最小阈值且小于尺度参数最大阈值，以及其确定系数大于确定系数阈值时，获取上述待测螺杆高斯回波包络模型的时间参数作为上述待测螺杆的回波声时，并将其带入上述螺杆轴力计算公式，得到待测螺杆轴力。

进一步地，上述标定螺杆应力系数具体包括：

在基准温度下，对上述螺杆样件进行逐级张拉，并在每个张拉状态下分别对上述螺杆样件端面施加超声波激励，得到每个张拉力对应的回波声时；

根据上述螺杆样件的无应力声时，计算每个张拉力对应的声时差；