[发明专利]基于非接触空间振动测试的预应力索系索力分析方法

说明书

本发明基于非接触空间振动测试的预应力索系索力分析方法，该方法是用于测量预应力钢结构中的预应力拉索索力，在该拉索两端的约束点B和B’之间至少有两根竖向拉杆，该方法包括：放置激光测速仪；用激光测速仪测量该拉索待测点P的速度；计算出拉索的索力；计算出整个预应力钢结构内所有的拉索之间的索力并且找出需重点关注的拉索其相连接拉杆。本发明的基于非接触空间振动测试的预应力索系索力分析方法可同时获取面内竖向与面外横向的动力响应特征，一方面可消除集中质量、竖向支撑等条件的影响，另一方面两个方向的测试结果可相互佐证，保证测试精度，为准确评估预应力钢结构性能提供有效依据。

技术领域

本发明涉及预应力拉索索力动力检测领域，尤其是采用非接触测试方法对拉索的空间动力测试并分析计算得到索力的方法。

背景技术

预应力筋索在斜拉桥、悬索桥、空间预应力钢结构等大跨度结构中应用广泛，预应力拉索作为结构中的最主要支撑构件，具有高应力高应变能的特征，其性能稳定对建筑结构安全至关重要。因此，准确的评估在役拉索的索力值，是准确评估建筑结构服役状态的前提。

对于空间大跨度钢结构，如张弦结构、索网结构、索拱结构等，拉索数目庞大且承受荷载与预应力值各不相同，单一拉索的索力值难以反映出索系的服役状态。依据现有的有线测试手段，需要接触式安装传感器和采集仪，人员和设备需求高，逐一测试工作量庞大，难以实现索系的全范围测试。

《世界桥梁》杂志2019年第47卷第3期发表的文章《基于雷达的斜拉索索力非接触遥测技术研究》，和《大桥养护与运营》杂志2020年第4期发表的文章《桃夭门大桥上的非接触式斜拉索索力测试》中，采用雷达非接触设备对桥梁的斜拉索进行非接触测试。

此外，拉索索力与预应力值、支撑条件、拉索集中质量等因素息息相关，目前常用的测试方法以及小部分尝试性的非接触测试方法仅测量拉索的竖向振动，分析结果仅基于竖向面内测试数据，分析结果受干扰因素影响大且难以消除，测试精度无法保证。

发明内容

基于背景技术，本申请的发明目的是提出了一种非接触式的索力空间振动动力测试分析方法，无需拉线布点，测试效率高，且对于每根拉索，均可通过空间正交方向的振动分析得到2组索力，从而进行索力自验证，保证测试结果准确性，并具备推广至索系全范围测试的技术条件。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的一种基于非接触空间振动测试的预应力索系索力分析方法，该方法是用于测量预应力钢结构中的预应力拉索索力，在该拉索两端的约束点之间至少有两根拉杆，上述拉杆在竖直方向上拉伸该拉索，其中：该方法包括以下步骤：

(a)、放置激光测速仪

在通过该待测的拉索的竖直测点平面S外的任意位置设置激光测速仪，使得该激光测速仪所处的激光测速点A与测点平面S内两根拉杆之间的拉索待测点P之间的距离在激光测速仪的量程范围之内，拉索待测点P位于两根拉杆之间待测拉索上的任意点；

(b)、用激光测速仪测量该拉索待测点P的速度

在一个采样时长内，用激光测速仪实时测量测点平面S内拉索待测点P的速度，并画出该拉索待测点P的速度与时间的曲线；

(c)、计算出拉索的索力

通过傅里叶变化，将步骤(b)的速度与时间的曲线转换为速度与频率的曲线，在速度与频率的曲线中，找出第一阶频率f和第二阶频率f，根据以下公式计算该拉索的索力：

F₁＝4ρL²f₁²