形变雷达在桥梁斜拉索索力测试中的应用初探

本文对新型形变测量产品——形变雷达在桥梁斜拉索索力测试中的应用进行了初步研究。通过形变雷达监测斜拉索的振动位移,提取其振动基频,进而应用频率法计算得到拉索索力。形变雷达可以实现非接触式的多索同测,不仅能够降低工程实施成本,而且能提高索力测试精度和索力检测效率,是更加快捷、方便的测量装备。     

等值张拉时基于振动法的平行钢绞线索索力测试分析

采用振动法对杭埠河大桥平行钢绞线索进行了索力测试,分析了平行钢绞线索的离散性、垂度和区域性接触对索力测试的影响,采用逐步扩大法模拟平行钢绞线索的离散性。讨论了拉索自振频率的确定、面内面外振动的振动特性以及不同拾振器放置位置时的实测信号特征。基于有限元方法建立平行钢绞线索及钢绞线-HDPE套管接触耦合模型,进行了平行钢绞线索振动特性分析。结果表明:振动法可以用于平行钢绞线索索力测试,索力计算时应尽量采用低阶频率;钢绞线间的离散性和索力不均匀性对拉索振动影响较小,拉索面内振动受施工影响较大,钢绞线面外振动频谱特征更为明显,低阶振动分量较多且易识别,利用面外振动可以更好地确定拉索自振频率;考虑HDPE套管质量,修正拉索线密度可提高索力测量精度。     

基于非接触式微波测量的斜拉索振动测试研究

非接触式微波测量是一种采用雷达遥感和差分干涉测量的新型测试技术,它可以应用于结构的振动测量和微变形测量。该文对使用非接触式微波测试原理对斜拉索振动和索力测量进行了研究,测试结果表明:微波测量索力的精度不仅满足要求,且具有效率高、受干扰小等优点,可广泛应用于斜拉索的索力测试中。     

基于激光扫描实测索形的斜拉索索力测量方法

为了解决现有的斜拉桥索力测量方法在精度、可靠性、效率等方面仍存在的不足，首次提出了一种由实测索形直接估计索力的新方法，简称索形法。采用在斜拉索上任意截取的拉索节段构建了悬链线力学模型，基于悬链线公式，首次推导了由实测索形点集精确估计拉索张力的计算公式。地面激光扫描技术被研究用于快速捕获斜拉索索形，开发了基于扫描点云自动化精确提取拉索中心线的算法。以在建的水土嘉陵江大桥为试验对象，详细分析了三维扫描测量误差、拉索截面弯曲刚度及边界条件和拉索局部弯曲变形、拉索振动等索形偏差因素及其对索力计算精度的影响。研究结果表明：已知拉索直径条件下，三维扫描实测索形误差为0.000 4~0.001 5 m之间，测量误差引起的索力计算误差在0.2%以内；拉索弯曲刚度与锚固边界条件引起的索形与标准悬链线形的偏差较小，对索力计算精度的影响可以忽略不计；当拉索自振振幅小于R/4时，三维扫描仍能精确测量拉索的索形；在多种索形偏差的叠加下，所提出的索力计算方法能够实现数值计算的最优估计。对比索形法和被精确标定的千斤顶的测试结果表明，索形法的索力测量值与千斤顶测量值吻合，最大偏差为0.9%，证明了该方法具有较高的索力测量精度；与频率法对比结果表明，所提出方法的数据采集效率提高了8倍，并且具有自动化程度高、测量风险低、测量结果可靠性强等优点。     

便携式无线索力测试系统研发及应用

为提高桥梁拉索索力的检测精度及效率,基于振动频率法开发了一种以智能手机为现场终端的高精度便携式无线索力测试系统。该系统将高性能微机电(MEMS)加速度芯片、信号调理模块、数模转换模块、无线wifi电子模块集成开发为信号采集器,频谱分析、索力计算及数据存储由智能手机上的索力测试APP完成,信号采集器与智能手机之间采用无线wifi通信。该系统提高了拉索振动信号的采集质量与信噪比,频率识别精度达到0.1%,具有实时频谱分析、拉索固有频率自动识别等特点,可完全满足桥梁拉索索力测量的工程技术要求,并通过工程应用证实了系统良好的高效性和实用性。     

考虑抗弯刚度的频率法测索力实用公式

运用频率法测量斜拉索索力,基于不同的振动模型,可得到不同的索力求解公式.求得的索力之间有时存在较大差异,为了提高索力测量的精度,选用一组不同长度及截面参数的索对不同的振动模型进行比较,分析了刚度及边界约束在不同振动模型中对索力计算的影响,得到结论:反映拉索刚度的参数ξ与不同振动模型的索力差值相关性良好.在此基础上提出一...     

基于有效振动长度的多支撑斜拉索索力识别

为了解决斜拉桥拉索的计算长度难以界定、索力计算困难的问题,基于模态振型比与模态频率相结合的概念,提出了一种准确测定斜拉索索力的新方法。该方法通过引入有效振动长度的概念,将复杂边界条件的斜拉索等效为简支欧拉梁,从而可以采用既有的索力计算公式进行计算。通过振动测试得到多阶振型和频率,将理论振型与实测振型之间的误差的平方和作为目标函数,采用优化的方法可以准确求解得到拉索的有限振动长度。最后通过数值算例,验证了方法的正确性。     

斜拉索实测索力计算方法研究

斜拉桥的索力测试,目前最常用的方法是频率法测试出斜拉索的振动,然后通过频率-索力计算公式换算出斜拉索的索力.结合吴江舜湖大桥工程,在斜拉索施工的时候,当索力和相应索力频谱已知的情况下,探讨出合适的计算方法;在后期的索力测试中,根据张拉过程中推导的计算方法,可以准确计算斜拉索的索力,使得斜拉索索力和主梁内力同时满足设计要求.     

基于线形识别的索力测量方法影响因素研究

拉索是索承重桥梁重要的传力构件，其受力状态是反映桥梁健康状态的重要指标，准确测量拉索的索力对保障桥梁结构的安全至关重要。结合数字图像处理技术和拉索计算理论，提出了一种基于线形识别的索力测量方法，可实现非接触式无损测量，设备简单，操作方便，效率高。通过高精度的图像采集及数字图像处理技术进行拉索线形的识别与提取，获取拉索有限空间点的几何坐标，再基于悬链线理论和过“三定点”的精确线形数值计算方法，即可快速计算出索力。通过缩尺模型试验验证了该方法可适用于不同长度、不同直径、不同倾角的索力测量，测量误差为2%～5%。采用数值仿真的方法，探究了温度变化、拉索弯曲刚度、减振装置等单一因素变化对索力测量精度的影响规律，并基于模型试验，剖析了图像采集角度及采集距离对测量精度的影响。结果表明：拉索的弯曲刚度、边界条件对短索测量精度的影响较大，拉索温度的变化对测量精度影响较小，减振装置对测量精度的影响随减振装置刚度提高而增大，拉索图像正面平拍和近距离采集可提高方法的精度；基于以上分析，建立了考虑弯曲刚度和减振装置影响的索力修正方法，修正后索力误差为1%～2%。     

矮塔斜拉桥索力测试方法研究

基于沙湾矮塔斜拉桥施工监控工作,理论推导出振动频率法测试索力的计算公式;综合分析考虑拉索抗弯刚度、边界条件、拉索垂度的影响;提出基于拉索频率的试验标定法,对沙湾大桥索力进行测试分析,并比较了两种方法的优劣性.     

频率法测量索力中的参数分析与索抗弯刚度的识别

通过有限元法及样条拟合技术获取斜拉索索力与频率的对应关系,并讨论这些关系在频率法测量索力中的应用。在此基础上,以崖门大桥斜拉桥索力测试为研究背景详细分析了频率法测量索力中诸如索的抗弯刚度、支座条件和斜度等参数对索力测试精度的影响,并提出一种基于多阶频率测试结果的斜拉索抗弯刚度识别方法。     

减震器对斜拉索索力检测的影响

振动法是斜拉桥索力测试的常用方法之一,但其测试精度会受到拉索边界条件、测试温度、拉索长度等因素影响.该文采用振动法测试索力方法,探讨了索跨内拉索弹性支撑对拉索索力测试的影响,并通过实例证明采用振动法测试拉索索力时,计算索力必须合理地考虑拉索跨内弹性支撑的影响,否则测试结果将是不可靠的.     

基于动力刚度法与粒子群优化算法的拉索参数识别

拉索一般设置有一个或多个中间支承,其振动频率与索力对应关系不甚明确,基于动力刚度法与粒子群算法,对带有多个中间支承的拉索进行参数识别。将拉索视为无限自由度体系,导出精确的单元动力刚度矩阵,通过集成及求解得到总体动力刚度矩阵和频率方程,引入Wittrick-Williams算法求解拉索振动频率;根据拉索振动频率拟合的参数识别方法,将之转化为一优化问题,采用带变异算子的粒子群优化算法进行拉索参数识别。通过有限元仿真分析对带有两个中间弹性支承的两端固结拉索进行了算法的验证,并选取一座实桥的3根两端设置高阻尼橡胶减振器的典型拉索进行了参数识别。研究表明,对具复杂边界条件拉索,基于动力刚度法与粒子群优化算法的参数识别方法能够获得较好的索力测试精度。     

提高斜拉索索力估算精度的一种新方法

根据斜拉桥拉索振动的特点,建立了考虑垂度及斜度影响的振动微分方程,并利用奇异摄动解法进行求解。不仅考虑了索的刚度,而且将索的边界条件假定为简支和固支耦合的情况,在此基础上提出了频率法的索力计算实用公式。分析比较了目前国内外的其他主要计算公式,结果表明该公式具有高精度和计算方便的特点。将该实用计算公式用于南京长江三桥施工控制中,通过对实际斜拉索测试得到的各阶频率进行计算,并与设计索力和压力传感器得到的索力进行对比分析。计算表明该公式能够满足实际工程的需要,可广泛适用于频率法测估各种索类结构的内力。     

基于前端处理的斜拉索索力智能监测系统研究

为提高斜拉索索力监测的效率及精度，研发了一种基于前端处理的拉索智能监测系统。该系统具有索力监测、振动监测及异常报警的功能，采用唤醒模式供电方式，大幅降低了传感器及CPU的耗电量；采用6LoWPAN技术，实现了监测数据低功耗、小成本的无线传输；采用可编程测MEMS加速度传感器对拉索的振动时域和频域特征值进行前端处理，仅将经过分析后少量有价值的数据传输至健康监测系统，大幅减低了健康监测系统的数据传输量；采用大动态弱信号数据采集方法，提高信号测量分辨率和测量系统峰值信噪比，有效识别微弱振动信号中的有效频率成分，提高了索力测量的精确度。实验室及实桥测试表明，该拉索智能监测系统显著提高了斜拉索监测的效率及精度，具有较强的实用性。     

基于视频亚像素模板匹配算法的索力试验

针对索结构的索力测试，基于室内试验对比了计算机视觉方法和传统加速度传感器方法，探讨了计算机视觉方法的适用性。研究采用伺服静载锚固试验机张拉单根斜拉索钢绞线，简化模拟索张拉受力状态，通过相机摄影的非接触测量方法测量拉索动态响应，结合亚像素模板匹配算法识别拉索动态变形、基频和索力，并与传统的加速度传感器测试结果进行对比。研究结果表明，计算机视觉方法识别的拉索振动频谱峰值明显，基频识别结果与加速度传感器测试结果基本一致，索力识别结果与实测值相比最大误差不超过6%，具备开展实际结构索力测试的能力。     

考虑减振器影响的斜拉桥索力计算

减振器的存在会影响斜拉索的振动频率,从而降低振动频率法计算索力的精度.文中推导了拉索在单侧减振器和对称减振器作用下的索力计算公式,并对某长江公路大桥的索力监测数据进行了计算,检验了该公式的准确性.     

斜拉桥拉索减振阻尼器对拉索索力测量的影响研究

针对采用频率法测量拉索索力时拉索外加阻尼器对索力测量精度影响的问题,提出了考虑拉索垂度的拉索-阻尼器系统模态频率的分析方法,研究了阻尼器安装的相对高度、拉索的计算长度、阻尼系数等对拉索模态频率的影响程度和规律,获得了消除拉索减振阻尼器对索力测量精度影响的办法。研究表明,外加阻尼器对拉索低阶模态频率影响很大,采用高阶模态频率测量拉索索力时,索力测量能获得很好的精度。随着拉索-阻尼器系统相对安装长度和阻尼系数的增大,阻尼器对拉索模态频率的影响也越大,当阻尼系数增加到一定程度后,拉索的高阶模态频率基本与阻尼系数无穷大时的频率接近,阻尼器相当于固定支撑。以岳阳洞庭湖大桥A11号拉索为例,验证了该方法合理可行。     

Analysis on Frequency and Force of Stay Cable Considering Flexural Rigidity

以经典弦振动理论为基础,建立斜拉索振动分析的有限元模型,提出考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法.讨论抗弯刚度对斜拉索平衡索曲线的影响,绘制出距垂比随拉弯刚度比的变化曲线,得出了斜拉索的垂度随抗弯刚度的增大而减小的变化规律.针对西昌斜拉桥25对斜拉索的模态进行精确分析,以有限元的方法验证了斜拉索的模态超越现象,分别绘制频率和振型随索力的变化曲线,归纳索频率变化规律,提出索力测量的实用计算方法,采用频差法来判断实测各阶频率的阶数,并且以第2阶频率来进行索力计算.经工程实例验证,考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法可以有效排除由模态超越带来的索力计算偏差,适用于各种长度的斜拉索以及在施工过程中各阶段的索力测量计算.     

基于频率法的索力测量系统

为了在工程现场快速方便地检测斜拉桥的拉索索力,依据随机振动法索力检测原理,开发了一种新型的索力测量系统。通过对随机振动法索力检测方法的概述,介绍了该系统的性能、硬件结构和软件模块,并重点阐述了通过数字滤波抑制快速傅里叶分析(FFT)的混频现象、自动扫描确定主振频率和提高索力计算精度的方法和措施。索力测量系统以AT89C55WD单片机(SCM)为平台,集成了电荷放大器、信号分析仪和计算器的相关功能。在工程现场,只需输入少量参数,拉索振动信号采集、信号的快速傅里叶分析和对应的索力计算即可在线自动完成。