一种基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法技术

本发明专利技术涉及一种基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法，属于桥梁工程技术领域，包括：建立斜拉索非线性有限元模型，根据设计索力计算斜拉索空间线形；依次计算等索力梯度变化下不同设计索力的斜拉索空间线形，得到挠度随索力变化的曲线cv1；现场测试斜拉索空间线形，推算斜拉索两端锚固点实测坐标及实测挠度f

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法


[0001]本专利技术涉及一种基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法，属于桥梁工程


技术介绍

[0002]斜拉索的索力测试是斜拉桥运营期间检测与评估非常重要的一项内容，现有索力测试的技术主要是压力环法、磁通量法和频率法。压力环法是在桥梁施工阶段将压力环置于斜拉索锚固端，斜拉索索力可通过光纤应变传感器所测得的压力环所受压力来推算，但成本较高，且不能应用于已安装的斜拉索，适应性较差；磁通量法是将电磁传感器套在斜拉索上，测出斜拉索磁化前后的磁通量变化，进一步标定出索力、温度及磁通量变化的关系，实现斜拉索索力的监测，但该方法受温度、电磁场影响较大，费用昂贵；频率法是当前索力测试较为普遍的一种方法，具体为利用附着在斜拉索上的加速度传感器，采集斜拉索在人为或环境激励下的振动频率，根据自振频率与索力的关系确定索力，但频率测定受斜拉索阻尼的影响，精度有待提高，且对于长大斜拉桥，斜拉索的非线性增强，部分长索超出现有频率测量仪器范围。
[0003]斜拉索因自重作用必定会产生一定的垂度，大跨度斜拉桥因其斜拉索较长，自重作用产生的垂度较大，结构非线性问题严重，既有索力测试方法很难很好的实现长大斜拉桥索力测试工作。虽斜拉索跨中垂度和索力存在严格的一一对应关系，但斜拉索处于高空，跨中垂度及其与索力的对应关系难以得到测试和标定。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术旨在提供一种基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法。采用这种方法测试索力可解决频率法测量索力受斜拉索阻尼影响的问题，实现对长大桥斜拉索的索力测量，并可同时测量大桥所有斜拉索索力，显著减少外业工作量，具有良好的经济和社会效益。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]一种基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法，包括以下步骤：
[0007]根据斜拉索两端锚固点设计坐标、钢丝直径、钢丝数量、钢丝密度及钢丝弹模建立斜拉索非线性有限元模型，根据设计索力计算斜拉索空间线形；
[0008]等梯度迭代设计索力，依次计算等索力梯度变化下不同设计索力的斜拉索空间线形，得到斜拉索跨中最大挠度f
imax
随设计索力变化的曲线cv1；
[0009]现场激光扫描测试斜拉索空间线形，推算斜拉索两端锚固点实测坐标及斜拉索实测跨中最大挠度f
t
；
[0010]将斜拉索实测跨中最大挠度f
t
对照斜拉索跨中最大挠度f
imax
随设计索力变化的曲线cv1，通过线形内插确定初步实测索力结果T0；
[0011]将斜拉索两端锚固点实测坐标代入更新斜拉索非线性有限元模型，以初步实测索
力结果T0为中心细化索力梯度计算斜拉索跨中最大挠度ff
imax
，形成更新细化的斜拉索跨中最大挠度随索力变化的曲线cv2；
[0012]将斜拉索实测跨中最大挠度f
t
对照更新细化后的斜拉索跨中最大挠度随索力变化的曲线cv2，通过线形内插得到修正的实测索力结果T
t
，完成对长大斜拉桥索力的测试。
[0013]进一步的，根据设计索力计算斜拉索空间线形包括：通过有限元软件建立斜拉索单根索非线性有限元模型，斜拉索采用3D杆单元模拟，根据斜拉索索长划分单元长度，通过设置初应变模拟斜拉索索力，其中初应变值通过设计索力求得，然后在单根索两端锚固点处约束节点的全部自由度，计算单根索的空间线形，其中：
[0014]初应变值＝设计索力/(索面积
×
钢丝弹模)。
[0015]进一步的，建立斜拉索非线性有限元模型中，采取参数化建模建立单根索非线性有限元模型，将斜拉索两端锚固点坐标、钢丝直径、钢丝数量、钢丝密度及钢丝弹模在有限元软件中定义为相互独立的参数，对于不同斜拉索，修改对应参数可建立其非线性有限元模型。
[0016]进一步的，所述等梯度迭代设计索力，依次计算等索力梯度变化下不同设计索力的斜拉索空间线形中，以30％～200％设计索力为范围，5％～10％设计索力为梯度。
[0017]进一步的，现场激光扫描测试斜拉索空间线形，推算斜拉索两端锚固点实测坐标及斜拉索实测跨中最大挠度f
t
包括：在斜拉索所在平面以经过斜拉索梁端锚固点的水平线为x轴，经过斜拉索塔端锚固点的竖直线为y轴，建立平面直角坐标系，通过激光扫描测试出斜拉索的空间线形y＝F(x)，据此推算出斜拉索两端锚固点实测坐标及斜拉索实测跨中最大挠度f
t
。
[0018]进一步的，细化计算斜拉索跨中最大挠度ff
imax
中，在0.90T0～1.10T0为区间内，以0.02T0为梯度细化计算该区间索力作用下斜拉索跨中最大挠度ff
imax
。
[0019]进一步的，还包括计算索力测试误差，在推算斜拉索实测跨中最大挠度f
t
后，分析斜拉索实测跨中最大挠度误差f
e
，对照曲线cv2，通过线性内插分别确定出f
t
‑
f
e
、f
t
+f
e
对应的索力结果T
t1
、T
t2
，则索力测试误差ΔT＝(T
t2
‑
T
t1
)/2。
[0020]本专利技术的有益效果为：
[0021]本专利技术所提供的基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法，可解决频率法测量受斜拉索阻尼器影响的问题，实现长大斜拉桥索力测试。
附图说明
[0022]图1为本专利技术所述基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法的流程示意图；
[0023]图2为本专利技术斜拉索索力测试方法的数学建模示意图；
[0024]图3为本专利技术单根斜拉索ANSYS非线性有限元参数化建模命令流示意图；
[0025]图4为本专利技术单根斜拉索ANSYS非线性有限元建模计算分析示意图，其中a为单根斜拉索非线性有限元模型示意图，b为单根斜拉索空间线形有限元解示意图；
[0026]图5为本专利技术等梯度设计索力变化下斜拉索跨中最大挠度f
imax
变化曲线cv示意图；
[0027]图6为本专利技术等梯度初测索力T0变化下斜拉索跨中最大挠度ff
imax
变化曲线cv2示意图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0029]一种基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法，如图1所示，包括：
[0030]步骤1，根据斜拉索两端锚固点设计坐标(x1，y1)和(x2，y2)、钢丝直径d、钢丝数量m、钢丝密度ρ、保护层重度及钢丝弹模E建立斜拉索非线性有限元模型，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：根据斜拉索两端锚固点设计坐标、钢丝直径、钢丝数量、钢丝密度及钢丝弹模建立斜拉索非线性有限元模型，根据设计索力计算斜拉索空间线形；等梯度迭代设计索力，依次计算等索力梯度变化下不同设计索力的斜拉索空间线形，得到斜拉索跨中最大挠度f
imax
随设计索力变化的曲线cv1；现场激光扫描测试斜拉索空间线形，推算斜拉索两端锚固点实测坐标及斜拉索实测跨中最大挠度f
t
；将斜拉索实测跨中最大挠度f
t
对照斜拉索跨中最大挠度f
imax
随设计索力变化的曲线cv1，通过线形内插确定初步实测索力结果T0；将斜拉索两端锚固点实测坐标代入更新斜拉索非线性有限元模型，以初步实测索力结果T0为中心细化索力梯度计算斜拉索跨中最大挠度ff
imax
，形成更新细化的斜拉索跨中最大挠度随索力变化的曲线cv2；将斜拉索实测跨中最大挠度f
t
对照更新细化后的斜拉索跨中最大挠度随索力变化的曲线cv2，通过线形内插得到修正的实测索力结果T
t
，完成对长大斜拉桥索力的测试。2.根据权利要求1所述的基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法，其特征在于，根据设计索力计算斜拉索空间线形包括：通过有限元软件建立斜拉索单根索非线性有限元模型，斜拉索采用3D杆单元模拟，根据斜拉索索长划分单元长度，通过设置初应变模拟斜拉索索力，初应变值通过设计索力求得，然后在单根索两端锚固点处约束节点的全部自由度，计算单根索的空间线形，其中：初应变值＝设计索力/(索面积
×
钢丝弹模)。3.根据权利要求1所述的基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法，其特征在于，建立斜拉索非线性有限元模型中，采取参数化建模建立单根索非线性有限元模型，将斜拉索两端锚固点坐标、钢丝直径、钢丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏朋飞，胡所亭，郭辉，朱颖，孙大奇，施洲，刘超鹏，顾家昌，江峰，苏永华，曾广武，鞠晓臣，刘建飞，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：