一种桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法及测定装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于路桥工程领域，公开了一种桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法，首先，获取桥梁预定吊索的轴线及垂直于该轴线的索平面构造线所在的索平面，接着，基于环境风向，索平面获取吊索顺流向位移量和吊索横流向位移量，并由此获得吊索顺流向涡振频率、吊索横流向涡振频率，然后，获取预定吊索的多阶振型函数及多个振型频率，并得到预定吊索的顺流向涡振振型函数和横流向涡振振型函数，最后，建立预定吊索的吊索顺流向涡振运动方程和吊索横流向涡振运动方程，并由此得到预定吊索的顺流向涡激力参数和横流向涡激力参数。本发明专利技术还公开了一种能涡激力参数的测定装置，能够更好地实施桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法。桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法。桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法。

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法及测定装置


[0001]本专利技术属于路桥工程领域，具体涉及一种桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法及测定装置。

技术介绍

[0002]吊索涡激共振是近年来频繁出现在大跨度悬索桥上的一种风致振动病害。轻者，吊索涡激共振可能将引起吊索的疲劳损伤和过桥人员的不适；重者，吊索涡激共振将显著影响悬索桥结构的耐久性和安全性，因此，对悬索桥的吊索涡激共振现象的测量分析是非常重要且必要的。
[0003]目前，在对吊索涡激共振测量分析的过程中，吊索的涡激力参数是进行分析的重要参数，而在实际工程实践中，吊索的涡激力参数的获取是很困难的，其中的难点在于：吊索涡振往往呈现出顺风向和横风向的多自由度振动，并且难以确定吊索运动与来流风向的相对位置关系，导致现场很难精确定位吊索测振传感器的方向，较难还原吊索的实际运动轨迹。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法及测定装置，能够便捷地桥梁吊索的运动与环境风向的相对位置关系，从而精确确定桥梁吊索的实际运动轨迹，进而得到准确的吊索的涡激力参数。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案为：
[0006]一种桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法，桥梁上具有包括预定吊索在内的多条相互平行的吊索，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤S1:设置与预定吊索的轴线垂直相交的索平面构造线；
[0008]步骤S2：以预定吊索的轴线为旋转轴旋转索平面构造线，使得索平面构造线经过与预定吊索相邻的吊索的轴线，
[0009]步骤S3:将预定吊索的轴线和索平面构造线所在的平面作为索平面，并获取预定吊索沿索平面朝向相邻吊索的加速度，作为索平面加速度，及获取预定吊索沿索平面的法向的加速度，作为索平面法向加速度；
[0010]步骤S4：基于环境风向、索平面加速度以及索平面法向加速度获取预定吊索沿环境风向的吊索顺流向位移量和垂直于吊索顺流向位移量的预定吊索的吊索横流向位移量；
[0011]步骤S5：基于吊索顺流向位移量获取吊索顺流向涡振频率，基于吊索横流向位移量获取吊索横流向涡振频率；
[0012]步骤S6：获取预定吊索的多阶振型函数及与多阶振型函数对应的多个振型频率，并根据吊索顺流向涡振频率、吊索横流向涡振频率与多个振型频率曲线的拟合结果得到预定吊索的顺流向涡振振型函数和横流向涡振振型函数；
[0013]步骤S7:分别建立预定吊索的吊索顺流向涡振运动方程和吊索横流向涡振运动方
程；
[0014]步骤S8：基于顺流向涡振振型函数和吊索顺流向涡振运动方程得到预定吊索的顺流向涡激力参数，基于横流向涡振振型函数和吊索横流向涡振运动方程得到预定吊索的横流向涡激力参数。
[0015]优选地，在步骤S1中，设置构造激光束，构造激光束的光路为索平面构造线。
[0016]优选地，步骤S4包括以下子步骤：
[0017]步骤S4
‑
1：将索平面加速度和索平面法向加速度通过矢量合成得到合成矢量加速度；
[0018]步骤S4
‑
2：将合成矢量加速度沿环境风向和环境风向的垂直方向进行分解得到吊索顺流向加速度和吊索横流向加速度；
[0019]步骤S4
‑
3：将吊索顺流向加速度的时域曲线和吊索横流向加速度的时域曲线通过时频变换，得到吊索顺流向位移量和吊索横流向位移量。
[0020]优选地，在步骤S5中，吊索顺流向涡振频率为吊索顺流向位移量的频域曲线的峰值；吊索横流向涡振频率为吊索横流向位移量的频域曲线的峰值。
[0021]优选地，步骤S6包括以下子步骤：
[0022]步骤S6
‑
1：根据预定吊索的质量矩阵和刚度矩阵建立吊索有限元模型；
[0023]步骤S6
‑
2：基于吊索有限元模型得到多阶振型函数和多个振型频率；
[0024]步骤S6
‑
3：将吊索顺风向涡振频率的曲线分别与多个振型频率的曲线进行拟合，并将拟合度最高的振型频率对应的振型函数作为顺风向涡振振型函数，将吊索横风向涡振频率分别与多个振型频率进行拟合，并将拟合度最高的振型频率对应的振型函数作为横风向涡振振型函数。
[0025]优选地，步骤S7包括以下子步骤：
[0026]步骤S7
‑
1：建立顺流向涡振运动方程：
[0027][0028]m为预定吊索的每延米质量，y1表示吊索顺流向位移量，ε表示预定吊索的吊索阻尼比，ω1为吊索顺流向涡振频率，为预定吊索的顺流向涡激力系数,D为结构特征宽度，U为风速大小,ρ为空气密度，
[0029]步骤S7
‑
2：无量纲化步骤S7
‑
1中方程：
[0030][0031]s＝Ut/D,η1＝y1/D，K0＝ω1D/U,
[0032]步骤S7
‑
3：建立横流向涡振运动方程：
[0033][0034]y2表示吊索横流向位移量，ω2为吊索横流向涡振频率，为预定吊索的横流向涡激力系数，
[0035]步骤S7
‑
4：无量纲化步骤S7
‑
3中方程：
[0036][0037]η2＝y2/D，K0＝ω2D/U。
[0038]进一步地，步骤S8包括以下子步骤：
[0039]步骤S8
‑
1：基于涡振振型函数得到涡激共振响应关系η(x，s)：
[0040]η(x，s)＝Φ(x)v(s)
[0041]Φ(x)为涡振振型函数，v(s)为模态坐标；
[0042]步骤S8
‑
2：将涡激共振响应关系分别与顺流向涡振运动方程、横流向涡振运动方程联立，得到：
[0043][0044][0045]为预定吊索的顺流向广义质量，Φ1(x)为顺流向涡振振型函数，v1(s)为顺流向模态坐标，为预定吊索的横流向广义质量，Φ2(x)为横流向涡振振型函数，v2(s)为横流向模态坐标，L为预定吊索的长度，为横流向涡激力参数的初始相位，为顺流向涡激力参数的初始相位，
[0046]步骤S8
‑
3：通过最小二乘拟合计算出
[0047]一种用于实施上述的桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法的涡激力参数的测定装置，其特征在于，包括：固定部，可拆卸地设置在如上述的预定吊索上；测定部，设置在固定部上，包括均位于预定吊索的近旁的激光发射器和加速度传感器，激光发射器用于发射如上述的构造激光束，激光发射器的发射方向垂直于预定吊索的轴线，加速度传感器用于获取如上述的索平面加速度和索平面法向加速度；以及控制部，与加速度传感器信号连接。
[0048]进一步地，固定部包括可拆卸的一对圆弧卡筒，一对圆弧卡筒自预定吊索的两侧将预定吊索抱紧。
[0049]再进一步地，圆弧卡筒上具有外凸的移动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法，桥梁上具有包括所述预定吊索在内的多条相互平行的吊索，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：设置与所述预定吊索的轴线垂直相交的索平面构造线；步骤S2：以所述预定吊索的轴线为旋转轴旋转所述索平面构造线，使得所述索平面构造线经过与所述预定吊索相邻的吊索的轴线，步骤S3:将所述预定吊索的轴线和所述索平面构造线所在的平面作为索平面，并获取所述预定吊索沿所述索平面朝向相邻吊索的加速度，作为索平面加速度，及获取所述预定吊索沿所述索平面的法向的加速度，作为索平面法向加速度；步骤S4：基于环境风向、所述索平面加速度以及所述索平面法向加速度获取所述预定吊索沿环境风向的吊索顺流向位移量和垂直于该吊索顺流向位移量的所述预定吊索的吊索横流向位移量；步骤S5：基于所述吊索顺流向位移量获取吊索顺流向涡振频率，基于所述吊索横流向位移量获取吊索横流向涡振频率；步骤S6：获取所述预定吊索的多阶振型函数及与所述多阶振型函数对应的多个振型频率，并根据所述吊索顺流向涡振频率、所述吊索横流向涡振频率与所述多个振型频率曲线的拟合结果得到所述预定吊索的顺流向涡振振型函数和横流向涡振振型函数；步骤S7:分别建立所述预定吊索的吊索顺流向涡振运动方程和吊索横流向涡振运动方程；步骤S8：基于所述顺流向涡振振型函数和所述吊索顺流向涡振运动方程得到所述预定吊索的顺流向涡激力参数，基于所述横流向涡振振型函数和所述吊索横流向涡振运动方程得到所述预定吊索的横流向涡激力参数。2.根据权利要求1所述的桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法，其特征在于：其中，在步骤S1中，设置构造激光束，该构造激光束的光路为所述索平面构造线。3.根据权利要求1所述的桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法，其特征在于：其中，步骤S4包括以下子步骤：步骤S4
‑
1：将所述索平面加速度和所述索平面法向加速度通过矢量合成得到合成矢量加速度；步骤S4
‑
2：将所述合成矢量加速度沿环境风向和环境风向的垂直方向进行分解得到吊索顺流向加速度和吊索横流向加速度；步骤S4
‑
3：将吊索顺流向加速度的时域曲线和吊索横流向加速度的时域曲线通过时频变换，得到吊索顺流向位移量和吊索横流向位移量。4.根据权利要求1所述的桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法，其特征在于：其中，在步骤S5中，所述吊索顺流向涡振频率为所述吊索顺流向位移量的频域曲线的峰值；所述吊索横流向涡振频率为所述吊索横流向位移量的频域曲线的峰值。5.根据权利要求1所述的桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法，其特征在于：其中，步骤S6包括以下子步骤：步骤S6
‑
1：根据所述预定吊索的质量矩阵和刚度矩阵建立吊索有限元模型；步骤S6
‑
2：基于所述吊索有限元模型得到所述多阶振型函数和所述多个振型频率；步骤S6
‑
3：将所述吊索顺风向涡振频率的曲线分别与所述多个振型频率的曲线进行拟
合，并将拟合度最高的振型频率对应的振型函数作为所述顺风向涡振振型函数，将所述吊索横风向涡振频率分别与所述多个振型频率进行拟合，并将拟合度最高的振型频率对应的振型函数作为所述横风向涡振振型函数。6.根据权利要求1所述的桥梁预定吊索的涡激力参数的获取方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：程飞，王磊，何越磊，沃慧群，雷林，王先明，本立平，胡昕，孟晓亮，李再帏，路宏遥，刘大玮，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：