[发明专利]一种频率法测量索力的精确算法

说明书

本发明提供一种频率法测量索力的精确算法，包括如下步骤：获取拉索的振动信号；对所述信号进行分析，得出前n阶的振动频率f₁、f₂、…、f_n；确定拉索的第n阶振动频率f_n与只考虑几何刚度时的第n阶频率f_cn和只考虑弯曲刚度时的第n阶频率f_bn之间的第一关系函数；基于第一关系函数确定第n阶振动频率f_n与只考虑几何刚度时的第一阶频率f_c1和只考虑弯曲刚度时的第一阶频率f_b1之间的第二关系函数；确定频率f_c1与索力T之间的第三关系函数：T＝F(f_c1)；基于第二关系函数以及第三关系函数，计算索力T。本发明通过确定拉索振动频率与几何刚度和弯曲刚度之间的关系函数，消去弯曲刚度对振动频率的影响，进而精确计算拉索的索力，提高了拉索索力的计算精度。

技术领域

本发明涉及斜拉桥、悬索桥及中、下承式系杆拱桥的拉索或吊杆的索力检测技术领域，是频率法测量索力中的一种精确算法，具体地，当索类构件两端边界条件能简化为铰支时，由拉索的前几阶自振频率，求索类构件轴向拉力的精确方法。

背景技术

利用振动频率法测量索类构件的轴向拉力，在国内外得到普遍应用。对于可以不考虑弯曲刚度的索类构件，一般用简化的计算方式就可以由实测的前几阶振动频率求得有足够准确度的索类构件的轴向拉力，对需要考虑弯曲刚度的索类构件，两端的边界条件不能简化为铰支时，其轴向拉力，一般要用考虑构件几何刚度的有限元求特征值的程序求解；对于边界条件可以简化为铰支的索类构件，其轴向力可以由解析公式求得。

然而无论是用有限元法，还是用解析式计算，都涉及到索类构件的弯曲刚度EI，因为绝大多数索类构件都是由一定捻度的平行钢丝束制成，这种有捻度的平行钢丝束，其弯曲刚度与单根钢丝之间的摩擦力有关，而钢丝间的摩擦力又与索类构件所受轴向拉力的大小有关。轴向拉力越大，钢丝间的摩擦力就越大，索类构件的弯曲刚度也随之增大。所以，索类构件的弯曲刚度是一个不易精确确定的量，这就会影响轴向拉力的精确计算。

目前，并没有一种能够简单、方便、精确计算索类构件轴向拉力的方法。

发明内容

针对现有技术中计算拉索索力的计算方法存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种更为精确计算拉索索力的计算方法。

本发明提供的一种频率法测量索力的精确算法，包括如下步骤：获取所述拉索的振动信号；对所述拉索振动信号进行分析，得出前n阶的振动频率f₁、f₂、…、f_n，其中，n≥1；确定所述拉索的第n阶振动频率f_n与只考虑几何刚度时的第n阶频率f_cn和只考虑弯曲刚度时的第n阶频率f_bn之间的第一关系函数；基于第一关系函数确定所述拉索的第n阶振动频率f_n与只考虑几何刚度时的第一阶频率f_c1和只考虑弯曲刚度时的第一阶频率f_b1之间的第二关系函数；确定所述拉索在只考虑几何刚度时的第一阶频率f_c1与索力T之间的第三关系函数：T＝F(f_c1)；基于所述第二关系函数以及所述第三关系函数，计算所述索力T。

优选地，在所述步骤a中通过一组检测装置获取所述振动信号。

优选地，所述检测装置包括振动传感器、信号采集仪及存储装置，且所述振动传感器被固定于所述拉索上，所述振动传感器以及所述信号采集仪通过相关信号线与所述存储装置连接。

优选地，在所述步骤c中，所述第一关系函数的确定主要包括如下步骤：C1.确定只考虑几何刚度时拉索的频率的计算公式；C2.确定只考虑弯曲刚度时拉索的频率计算公式；C3.确定拉索索力的计算公式；C4.得出第一关系函数。