激光测振仪在斜拉索索力检测中的应用研究

斜拉索是斜拉桥的重要受力构件,索力的大小直接关系到桥梁的受力性能和安全性能。快速、准确地识别索力对提高桥梁施工控制水平和运营管理具有重要意义,剖析了当前索力检测方法存在的问题,引入激光测振技术,介绍了激光测振仪(LDV)的工作原理,并同时采用激光测振仪和常规振动传感器对燕宏桥斜拉索进行测试。分别采用假定频阶法和平均频差法确定基频,对测试结果进行了对比。结果表明,LDV同振动传感器测试结果具有良好的一致性,采用低阶频率计算时两者方法最大相对误差为5.5%,采用高阶频率(3阶以上)或平均频差法计算索力时两者相对误差可控制在1%左右。激光测振技术属于远程测振技术,具有便携、快速、准确等特点,值得在工程应用中推广。     

多视域下基于全息性态特征的索力测试方法研究北大核心

为精确高效地进行大型斜拉桥拉索索力机器视觉测量,提出了多视域下基于全息性态特征的索力测试新方法,并进行室内试验和现场测试验证。该方法采用全息视觉传感器系统进行拉索视觉数据采集,基于被测目标像素特性,构造像素转换与位置映射矩阵进行像素增强,通过等高线云图闭环阈值分割逐次解析复杂测试场景下拉索空间几何构型,进而量化分析全息性态特征点集参数计算索力。以室内钢丝绳模型索以及主跨445 m的重庆东水门长江大桥斜拉索为测试对象,进行了拉索空间几何构型及误差分析,并计算拉索索力。结果表明:该方法可有效提高机器视觉架构下拉索几何构型以及大规模索力测试的计算效率与精度,室内模型索索力测试最大误差2.98%,均方根误差1.05%;现场斜拉索索力测试最大误差4.37%,均方根误差2.79%,验证了该方法的有效性与稳定性,可应用于复杂测试场景下拉索索力高频次、快速测试。     

基于模态识别的短索索力识别方法

为了研究在未知边界条件与抗弯刚度下短索索力的识别方法,在整理经典索力计算公式的基础上,分析了拉索模态振型特征,采用随机子空间法与曲线拟合技术,提出了基于结构模态的短索索力识别方法,并进行了数值模拟与实验室短索的索力测试,以验证该方法的有效性。数值模拟结果表明:在理想条件下,除二阶模态外,曲线拟合得到的各阶参数识别误差均在0.5%以内;除一阶与二阶模态联立的情况外,由一阶模态与其他阶模态联立方程组求得的索力误差均在1.2%以内。实验室短索索力测试结果表明:弦模型已不适用于该试验索的索力识别,而采用梁模型并经过修正后,其索力识别误差为1.02%。针对试验索,将基于模态识别索力方法与经典索力测试方法进行对比分析,结果表明:由于经典测试方法面临着选取计算长度与抗弯刚度的难题,计算长度或抗弯刚度的选取不当会造成索力识别误差过大,因此,经典测试方法不适用于短索索力识别。综上所述,基于结构模态的短索索力识别方法能够避开计算长度与抗弯刚度的选取难题,提升了短索力测试的精度,能够满足工程测试的需要。     

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。     

非接触型电磁感应式索力测量传感器试验研究

利用电磁感应原理,根据感应线圈产生感应电动势值与索体振动横向位移成正相关的特性,设计了一种基于电磁感应效应的非接触型索力测量传感器。通过室内试验,与加速度传感器的采集数据对比分析,表明该传感器能精确测量拉索的前几阶固有频率。针对桥梁工程中拉索的构造特点,提出对称布置2个传感器以提高测试精度的措施。     

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.     

独塔不对称斜拉桥拉索索力施工监控研究

斜拉桥拉索索力对结构受力及成桥线形有较大影响,施工中必须对索力进行精确监测.文中以一独塔双索面斜拉桥施工监控为背景,先对设计成桥索力进行优化复核,确定施工节段索力分批张拉值,然后通过锚下张拉力识别索力测试公式中的相关参数,得到用于实桥索力测试的修正公式,提高索力测试结果的精度.     

无背索部分斜拉桥斜拉索张拉施工方案分析

为确定无背索部分斜拉桥斜拉索的合理张拉施工方案,以溱水路大桥为例,对该桥斜拉索一次张拉和分级三次张拉的施工方案进行研究.应用MIDAS Civil有限元软件建立该桥空间有限元计算模型,采用数值仿真方法研究斜拉索一次张拉和分级三次张拉对该桥结构力学行为的影响,探讨斜拉索分级张拉施工的合理性,并基于影响矩阵法进行成桥索力调整.结果表明:该桥分级三次张拉斜拉索的施工方案较为有利,且施工可行,成桥后可采用影响矩阵法进行索力调整,仅需较少次数索力调整即可达到索力设计目标,可避免反复进行斜拉索张拉调整的繁琐施工工序.     

面向拉索智能维养的斜拉桥拉索基频的实时预测模型

对于大跨斜拉桥而言，拉索基频是拉索工作状态的重要体现，并且对整桥工作性能有重要影响，拉索基频监测是桥梁结构健康监测的极重要环节。斜拉桥温度场的变化将带来拉索基频的改变，斜拉桥温度数据与拉索基频有显著相关性。既有研究仅利用主梁温度搭建的拉索基频一元线性回归模型的误差较大，无法满足工程需求。本研究以某大跨斜拉桥为背景，在主梁平均温度基础上进行拓展，增加主梁竖向温差与索塔温度，运用属于机器学习的LSTM长短时记忆网络搭建模型，获得了极高的输出精度；然后采用主跨跨中和边跨跨中的拉索传感器进行了验证，为该桥斜拉索智能维养提供了重要依据。     

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。     

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。     

铁路混合梁斜拉桥动静载荷载试验研究

宁波铁路枢纽甬江铁路斜拉桥是国内首座铁路大跨度钢箱混合梁斜拉桥,对其进行动静载荷载试验研究具有重要价值。本文基于有限元法获得的理论数据制定了动静载试验方案。测试了各项初始参数并与设计值分析比较以作为后续测试的初始数据。测量了桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和内力,检验是否达到设计要求。对试验截面的应力、挠度以及索力检测结果等实测值与计算值进行了比较并获得校验系数,对桥梁真实承载能力做出了评定。此外,还检验了桥梁在满载货车以各种速度运行条件下的实际工作状态。对列车动活载作用下主梁的最大横向、竖向加速度值,结构阻尼系数等参数进行了测定,并参照相关规范作了评价。基于动静载试验结果的分析,对甬江桥的工作性能进行了较为全面的评估,该桥工作状态达到了设计要求。     

内置光纤光栅传感器的智能缆索

采用特制光纤光栅应变传感器,将其埋植于缆索的连接筒部位的外层钢丝上、以实现对缆索整体索力的测量。通过独特的传感器封装结构设计、特制的机械连接固定方式、埋植过程中的可靠操作工艺,有效地保证了光纤光栅的存活率;有效地保证了传感器在大应力状态下测试的长期可靠性、稳定性。内置光纤光栅传感器的智能缆索工艺在长约400 m的253丝实索上进行了验证。经过有效的工艺验证及试验结果,智能索制作工艺方案可靠,传感器成活率高。研发的智能缆索可实现对整索索力进行在线监测,满足大型桥梁健康监测要求。     

大跨度拱桥吊杆索力的测试研究

以某一大跨度拱桥吊杆索力的测试为例,介绍了吊杆索力测试方法,并在频率法测索力的基础上,统一用一个吊杆计算长度的修正值进行实测索力的修正.结果表明:此法简单可靠,可为类似拱桥索力测量提供借鉴作用.     

基于两次等效索长的斜拉桥索力测量

采用频率法测量索力,索长的取值和频率的测量精度决定了索力的测量结果,频率的测量较为方便且精度可以满足工程要求,索长的确定成为该法测量索力的关键;由于阻尼器等因素的影响,使得索长的取值难以确定,从而致使用频率法测量的索力结果误差较大;在对斜拉索施工张拉过程及阻尼器安装前后索力测量数据分析的基础上,提出两次等效索长的概念,...     

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。     

刚性基层沥青路面参数动态反演

为了对刚性基层沥青路面结构的模量反演提供参考,采用谱单元法作为正分析方法,利用实测弯沉时程曲线和理论计算结果构造优化目标函数,通过数值优化方法对沥青路面力学参数进行动态反演,并与传统静态方法反演的结果进行了比较。结果表明：传统静态方法反演得到各结构层的弹性模量,动态方法反演能得到沥青层动态模量主曲线和相位角主曲线以及其他结构层的弹性模量;动态模量和相位角主曲线组成完整的黏弹性参数,可以更全面地描述沥青混合料的力学特性与频率的相关性;动态反演方法采用各传感器处弯沉时程曲线作为优化过程中的约束条件,静态反演方法中仅采用弯沉曲线峰值作为优化约束条件,约束力度远小于动态反演方法,导致静态反演结果的变异性远大于动态反演结果,尤其是基层和底基层,静态方法反演结果的变异系数可达动态反演结果的2倍以上,而且反演得到的各结构层的弹性模量处于材料典型取值范围内的百分比明显小于动态反演结果。静态反演方法易引起"模量窜层"现象,造成反演结果失真,无法客观地对路面结构层进行质量评定;动态反演方法能利用实测弯沉时程曲线的全部信息,保证反演结果收敛于真实值,有效避免"模量窜层"现象,为路面质量评定提供有效途径。     

重庆奉节长江大桥斜拉桥主梁安装施工阶段索力监控

介绍奉节长江大桥大跨径斜拉桥主梁悬浇施工阶段索力测试原理、测试主要内容和方法,并结合理论计算,对该桥梁实测索力进行对比分析和有效监控,确保斜拉桥内力分布合理,满足设计和规范要求,顺利实现预期控制目标,其方法和结果可为同类型桥梁提供参考。     

考虑振动装置影响的斜拉桥拉索索力评估方法研究

针对斜拉桥在运营过程中的实际索力标定问题,本文在原有的频谱法测试索力原理的基础上,通过考虑拉索减振器的位置,引入修正的等效索长,建立考虑减振器位置的斜拉桥索力测试方法。该方法既能满足索力测试过程中通过采集拉索振动基频便捷性,同时又能考虑拉索减振器布置带来的偏差影响,因此具有很好的理论意义和工程使用价值。最后,通过三水大桥的斜拉索实际索力测试,说明本文提出方法的适用性和工程实用价值。     

简化模式的不同对频率法测定吊杆力的影响

针对频率法测定吊杆拉力，由于垂度和抗弯刚度的影响。从理论上进行了分析，并且与传感器测试结果进行了比较，提出了各个工况下索力测量的一种理论简化方法。