长期监测场景下的索力自适应识别方法技术

本发明专利技术提供了一种长期监测场景下的索力自适应识别方法，包括，基于索的结构参数，建立索的仿真模型，并基于所述仿真模型，得到索的理论前n阶频率，并仿真计算频率与索力之间的二次函数关系；通过对索的振动数据进行功率谱分析，提取功率谱上的峰值序列作为备选频率序列；将所述备选频率序列中的每一个频率假设为第1、2

【技术实现步骤摘要】
长期监测场景下的索力自适应识别方法


[0001]本专利技术涉及索力识别
，特别涉及一种长期监测场景下的索力自适应识别方法。

技术介绍

[0002]索力监测由于预应力钢结构可以减轻结构自重、降低用钢量、节约成本，而且可以满足新的结构体系和建筑造型的需要，近些年来预应力大跨度钢结构得到广泛应用。
[0003]频率法是目前工程实践中索力测试最主要的方法。频率法测量索力的基本原理是，索杆拉力与其振动频率之间存在一定的对应关系，通过测量索杆的自振频率，就能够计算出索杆的拉力。
[0004]在实际桥梁结构中，多数索杆结构端部套筒内有减振装置，其计算长度难以准确确定。且由于索结构抗弯刚度等多方面的影响，其计算模型无法简单地等效为理想简支边界，而是更接近于两端弹性支撑或两端固支。在应用振动法索力公式时，容易出现计算不准甚至无法使用公式的情况。对于该类索，目前尚无解析解理论公式用来计算拉索索力，仅能够通过有限元仿真或一些经验公式来进行计算。
[0005]《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21
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2015)附录B给出了基于基频的索力计算方法。该方法根据参数来确定抗弯刚度影响大小，并根据ξ的大小分别采用不同的经验公式计算索力：
[0006][0007]现有技术的缺点主要在于，在识别索的各阶频率时，主要通过人工观察、经验判断，缺少有效的参考数据，也未考虑各阶频率之间的精确关系。对于长索，其基频一般较低，实测功率谱中峰值数量较多，对于高阶频率易出现阶次判断不准确；对于短索，其各阶频率之间不呈现整数倍关系，亦难以准确判断。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种长期监测场景下的索力自适应识别方法，实现频率阶次的准确识别，进而实现索力的准确识别。
[0009]一种长期监测场景下的索力自适应识别方法，包括：
[0010]步骤1：基于索的结构参数，建立索的仿真模型，并基于所述仿真模型，得到索的理
论前n阶频率，并仿真计算频率与索力之间的二次函数关系；
[0011]步骤2：通过对索的振动数据进行功率谱分析，提取功率谱上的峰值序列作为备选频率序列；
[0012]步骤3：将所述备选频率序列中的每一个频率假设为第1、2
…
n阶，计算该假设下的其他阶次频率理论值，根据所述备选频率序列与频率理论值之间的偏差，确定目标频点序列；
[0013]步骤4，基于所述目标频点序列，利用所述二次函数关系，求解得到索力值集合，并从所述索力值集合中选取出现概率最大的作为最终索力值。
[0014]在一种可能实现的方式中，
[0015]还包括，利用对所述索的振动数据进行长期监测，对所述最终索力值进行修正，具体为：
[0016]通过每隔预设时间更新所述索的振动数据，得到新的备选频率序列；
[0017]根据所述的理论前n阶频率与理论基频之比，确定所述新的备选频率序列中备选频率的阶次，并将所述新的备选频率序列转化为备选基频序列；
[0018]计算所述备选基频序列的概率密度函数，并选取概率最大的频率作为真实参考基频；
[0019]将所述真实参考基频替代步骤1中的理论前n阶频率，得到新的二次函数关系，并基于所述新的二次函数关系，对所述最终索力值进行更新。
[0020]在一种可能实现的方式中，
[0021]步骤1中，基于索的结构参数，建立索的仿真模型包括：
[0022]将索的长度、单位长度质量、截面刚度、索两端转动刚度参数、理论索力、拟计算的频率阶次作为输入，前n阶自振频率作为输出结果，进行训练，得到仿真模型。
[0023]在一种可能实现的方式中，
[0024]步骤1中，基于所述仿真模型，得到待测量索的理论前n阶频率，并仿真计算频率与索力之间的二次函数关系包括：
[0025]将预设索力集合通过所述仿真模型，输出得到对应的频率集合，基于所述索力集合和频率集合，建立索力和频率之间的对应关系，并对所述对应关系进行二次拟合，得到频率与索力之间的二次函数关系。
[0026]在一种可能实现的方式中，
[0027]步骤3中，根据所述备选频率序列与频率理论值之间的偏差，确定目标频点序列包括：
[0028]基于频率与索力之间的二次函数关系，求解得到各阶频率之间的倍数关系；
[0029]利用所述倍数关系、备选频率序列构建参考频率序列，从所述备选频率序列中任意选取一个目标频率，假设所述目标频率为不同的阶次，并计算在不同的阶次下，所述目标频率与所述参考频率序列对应的参考频率之间的相对偏差，并选取所述相对偏差最小所对应的阶次，作为所述目标频率的目标阶次；
[0030]以所述目标频率的目标阶次为准，获取其他各阶频率的频率理论值，并将所述备选频率序列与所述频率理论值进行匹配；
[0031]根据匹配结果，得到多组所述备选频率序列中其他频率对应的参考阶次，根据所
述参考阶次，确定多组参考频点序列；
[0032]确定所述多组参考频点序列中每个频点的偏差，从而得到所述多组参考频点序列的总偏差，选取总偏差最小的参考频点序列作为目标频点序列。
[0033]在一种可能实现的方式中，
[0034]基于频率与索力之间的二次函数关系，求解得到各阶频率之间的倍数关系，包括：
[0035]在前期监测时，利用所述前n阶理论频率，来确定各阶频率之间的倍数关系；
[0036]在监测时间达到预设监测时间后，并监测获取得到索的实测频率后，利用所述实测频率，对所述倍数关系进行更新。
[0037]在一种可能实现的方式中，
[0038]将所述备选频率序列与所述频率理论值进行匹配包括：
[0039]从所述备选频率序列中选取与所述频率理论值的相对偏差小于预设偏差的备选频率，其中，所述频率理论值对应一个或多个备选频率；
[0040]基于所述频率理论值的阶次，确定所述备选频率的阶次，其中，所述备选频率的阶次为一个或多个；
[0041]根据所述备选频率的阶次，确定多组不同的备选频率序列的阶次匹配情况，作为匹配结果。
[0042]在一种可能实现的方式中，
[0043]根据所述理论前n阶频率与理论基频之比，确定所述新的备选频率序列中备选频率的阶次，并将所述新的备选频率序列转化为备选基频序列包括：
[0044]基于所述索的结构，得到所述索的理论基频；
[0045]确定所述理论前n阶频率与理论基频之比的第一比值序列，确定所述新的备选频率序列与理论基频之比的第二比值序列；
[0046]对所述第一比值序列、第二比值序列中的第一比值、第二比值进行匹配，确定第一比值与第二比值的对应关系；
[0047]根据所述对应关系、第一比值对应的前n阶频率对应的频率阶次，确定所述第二比值对应的备选频率对应的阶次；
[0048]将所述新的备选频率序列按照阶次进行重新排序，得到备选基频序列。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长期监测场景下的索力自适应识别方法，其特征在于，包括：步骤1：基于索的结构参数，建立索的仿真模型，并基于所述仿真模型，得到索的理论前n阶频率，并仿真计算频率与索力之间的二次函数关系；步骤2：通过对索的振动数据进行功率谱分析，提取功率谱上的峰值序列作为备选频率序列；步骤3：将所述备选频率序列中的每一个频率假设为第1、2
…
n阶，计算该假设下的其他阶次频率理论值，根据所述备选频率序列与频率理论值之间的偏差，确定目标频点序列；步骤4，基于所述目标频点序列，利用所述二次函数关系，求解得到索力值集合，并从所述索力值集合中选取出现概率最大的作为最终索力值。2.根据权利要求1所述的一种长期监测场景下的索力自适应识别方法，其特征在于，还包括，利用对所述索的振动数据进行长期监测，对所述最终索力值进行修正，具体为：通过每隔预设时间更新所述索的振动数据，得到新的备选频率序列；根据所述的理论前n阶频率与理论基频之比，确定所述新的备选频率序列中备选频率的阶次，并将所述新的备选频率序列转化为备选基频序列；计算所述备选基频序列的概率密度函数，并选取概率最大的频率作为真实参考基频；将所述真实参考基频替代步骤1中的理论前n阶频率，得到新的二次函数关系，并基于所述新的二次函数关系，对所述最终索力值进行更新。3.根据权利要求1所述的一种长期监测场景下的索力自适应识别方法，其特征在于，步骤1中，基于索的结构参数，建立索的仿真模型包括：将索的长度、单位长度质量、截面刚度、索两端转动刚度参数、理论索力、拟计算的频率阶次作为输入，前n阶自振频率作为输出结果，进行训练，得到仿真模型。4.根据权利要求1所述的一种长期监测场景下的索力自适应识别方法，其特征在于，步骤1中，基于所述仿真模型，得到待测量索的理论前n阶频率，并仿真计算频率与索力之间的二次函数关系包括：将预设索力集合通过所述仿真模型，输出得到对应的频率集合，基于所述索力集合和频率集合，建立索力和频率之间的对应关系，并对所述对应关系进行二次拟合，得到频率与索力之间的二次函数关系。5.根据权利要求1所述的一种长期监测场景下的索力自适应识别方法，其特征在于，步骤3中，根据所述备选频率序列与频率理论值之间的偏差，确定目标频点序列包括：基于频率与索力之间的二次函数关系，求解得到各阶频率之间的倍数关系；利用所述倍数关系、备选频率序列构建参考频率序列，从所述备选频率序列中任意选取一个目标频率，假设所述目标频率为不同的阶次，并计算在不同的阶次下，所述目标频率与所述参考频率序列对应的参考频率之间的相对偏差，并选取所述相对偏差最小所对应的阶次，作为所述目标频率的目标阶次；以所述目标频率的目标阶次为准，获取其他各阶频率的频率理论值，并将所述备选频率序列与所述频率理论值进行匹配；根据匹配结果，得到多组所述备选频率序列中其他频率对应的参考阶次，根据所述参考阶次，确定多组参考频点序列；确定所述多组参考频点序列中每个频点的偏差，从而得到所述多组参考频点序列的总
偏差，选取总偏差最小的参考频点序列作为目标频点序列。6.根据权利要求5所述的一种长期监测场景下的索力自适应识别方法，其特征在于，基于频率与索力之间的二次函数关系，求解得到各阶频率之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏军，韩亮，
申请(专利权)人：北京源清慧虹信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：