[发明专利]一种斜拉桥索力测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁检测领域，具体涉及一种斜拉桥索力测试方法。

背景技术

随着我国交通基础建设的发展，铁路网和公路网当中的桥梁建设占比非常高，桥梁在跨越河流、峡谷、既有交通线路和其他各类特定建筑物时必须采取几百米甚至上千米的大跨度缆索体系桥梁，而斜拉桥由于其经济性在大跨度桥梁中占据主导地位。

斜拉桥运营期的定期检测评估中，斜拉索的索力测量就是一项非常重要的内容，现有技术中索力的测试主要有压力环法、磁通量法和频谱法。压力环法是桥梁施工时在拉索和锚固端布设压力环，通过光纤光栅传感器测量压力环所受的压力来推算拉索索力，但压力环的受力是环向连续分散的，通过离散若干点的应变来估计整个压力环所受到的轴向力受很多因素的影响；磁通量法采用的传感器由两层线圈组成，一圈为通电线圈，它产生的电磁场将磁化拉索，磁化的拉索磁场会对传感器的另一线圈产生感应电动势，其感应电动势与拉索的内应力较敏感，通过标定这种关系，就可以监测索的应力的变化。该方法的优点是其除磁化拉索外，不影响拉索的任何力学和物理特性，但是，该方法的缺点是必须现场标定，并受温度场、电磁场的干扰很大，在铁路拉索体系桥梁中不宜使用，而且费用很高；频谱法是当前桥梁拉索索力测试中应用普遍的一种方法，具体为在索上布设加速度传感器，然后通过人为或环境激励，得到索的振动频率，再利用振动频率和索力的简化公式作近似处理获得索力。但频谱法的前提是假设拉索两端铰支，忽略垂度的影响，对于大量安装了减振器的拉索也忽略了减振器的影响。因此其所测结果并不能直接得到准确索力，需要根据经验进行估计，有的拉索同一时间多次测量会得到不一样的结果，需要结合理论参数和工程经验综合评判。

桥梁斜拉索因重力作用必定有一定的垂度，而且垂度和索力是存在严格对应关系的，通过测量垂度可以精确地计算索力大小。但拉索中部处于高空，垂度的测量很难实现，也难以实现通过斜拉索垂度精确的测量索力。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种斜拉桥索力测试方法，通过应用桥梁拉索自动检测装置的直接测取斜拉索垂度来测量索力，可提高索力的测量精度和可靠性、自动化程度，减少索力测量对工程经验和检测人员技术水平的依赖。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种斜拉桥索力测试方法，使用可沿斜拉索爬行的桥梁拉索自动检测装置实施，该方法包括以下步骤：

S1、提供一具有倾角传感器和里程编码器的桥梁拉索自动检测装置；

S2、使用桥梁拉索自动检测装置在斜拉索上行走，通过里程编码器收集位置信息，通过倾角传感器收集与所述位置信息对应的角度信息；

S3、通过测得的位置信息和角度信息计算拉索垂度；

S4、通过拉索垂度计算斜拉索索力。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S2中，通过里程编码器收集多组位置信息x₁、x₂…x_n，通过倾角传感器收集与所述位置信息一一对应的多组角度信息y′₁、y′₂…y′_n。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31、在桥梁斜拉索所在平面内，建立参考坐标系和数学模型，将桥梁斜拉索的线形设定为二次曲线，列出所述位置信息和所述角度信息的函数关系；

S32、通过联立多组所述位置信息和所述角度信息的函数方程，得到所述位置信息和所述角度信息的具体关系式；

S33、求得桥梁斜拉索偏离量的最大值，即桥梁斜拉索的最大垂度。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S301、在桥梁斜拉索所在平面内，以桥梁斜拉索底端锚固点位原点，以斜拉索顶端锚固点和底端锚固点的连线为x轴建立平面直角坐标系，将桥梁斜拉索的线形设定为二次曲线：

y＝ax²+bx

则拉索的角度变化函数为

y′＝2ax+b

S302、通过解如下二元一次方程组得到a、b：

S303、求得y的最大值即桥梁斜拉索的最大垂度。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S4中桥梁斜拉索的索力F具体通过以下公式计算：

其中，α为桥梁斜拉索与桥面的夹角，q为桥梁斜拉索单位长度内的自重，L为桥梁斜拉索的有效长度。