[发明专利]一种基于变间距栅格的索力自动识别方法

说明书

本发明公开了一种基于变间距栅格的索力自动识别方法,首先根据拉索测试获得的加速度时程进行快速傅里叶变换分析，获得其频谱图和最高峰值频率；然后通过沿横坐标方向延伸的一行栅格将频谱图划分为多个等间距的子区间，确定初始栅格间距和无效栅格比例限值；并根据无效栅格比例限值动态调整栅格间距，通过循环判定寻找合理的栅格间距；在各子区间中搜索各峰值并计算基准频率，计算获得拉索索力；最后通过数据清洗和荷载效应剔除获得恒载作用下的索力特征值。本发明自动实现快速、准确获得斜拉索的基准频率和索力值，并剔除活载和温度效应获得恒载索力特征值，实现海量监测数据的自动处理与判定，为缆索承重桥梁的服役状态智能评估提供理论依据。

技术领域

本发明涉及交通技术领域，具体涉及一种基于变间距栅格的索力自动识别方法。

背景技术

拉索将主梁的荷载传递到主塔，是斜拉桥的关键构件之一，在桥梁施工过程中，拉索索力大小的准确控制是确保桥梁成桥线性的重要前提之一；在桥梁运营过程中，拉索索力的波动大小也直接反应了桥梁的结构受力性能和服役性能。因此，在斜拉桥的建设、管理和养护全寿命周期中，拉索索力的准确识别显得尤为重要。基于拉索加速度识别基准频率的振动测试法是一种传统的索力识别方法，被广泛应用与桥梁检测和健康监测体系中。但是，在索力识别时传统多采用人工方法识别基准频率，自动化识别程度低，对于海量监测数据，索力识别不够高效，同时容易受测试噪声信号和人为经验判定等因素影响。此外，由原始振动信号识别的拉索索力，除了恒载效应的索力外，还包括了温度、车辆活载等可变效应的影响，波动的索力监测结果无法直接用于判别结构的整体受力状态与变化趋势。因此，亟需发展一种高效的自动化索力识别方法，快速识别拉索索力并提取恒载特征值，为大跨径斜拉桥的服役状态评估提供技术支撑。

发明内容

发明目的：本发明提出一种基于变间距栅格的索力自动识别方法，自动实现快速、准确获得斜拉索的基准频率和索力值，并剔除活载和温度效应获得恒载索力特征值，实现海量监测数据的自动处理与判定，为缆索承重桥梁的服役状态智能评估提供理论依据。

技术方案：本发明提出一种基于变间距栅格的索力自动识别方法，包括以下步骤：

S1、测试获得拉索的振动加速度时程曲线，通过频谱分析获得加速度的频谱图，所述频谱图的横坐标为频率，纵坐标为幅值；并选取获得频谱图中的最大幅值所对应的频率f_m；

S2、选取频谱图中的所有有效尖峰；所述有效尖峰的幅值为f，则f/f_m≥β,其中β为预设幅值系数，且β＜1；

S3、通过沿横坐标方向延伸的一行栅格将频谱图划分为多个等间距的子区间；

S4、选取可用子区间；所述可用子区间至少包含一个有效尖峰；

S5、选取有效子区间；所述可用子区间内幅值最大的峰点至任意一个子区间横向边界的距离为s，则当γd≤s≤(1-γ)d时，该可用子区间为有效子区间；其中d为栅格间距，γ为预设子区间系数，且γ≤0.5；

S6、当有效子区间与可用子区间的比值小于α，其中α为预设栅格系数，则更新栅格间距并返回步骤S3；并由此循环直至有效子区间与可用子区间的比例大于α，得到有效栅格；

S7、根据步骤S1确定栅格间距后，在各有效子区间中搜索最大值及其对应频率，按从小到大顺序存入列向量f_n，并计算拉索基准频率f：

f＝mean(diff(f_n))

式中diff为对向量的差分运算；mean为对向量各元素取平均值的运算；

S8、考虑拉索抗弯刚度与垂度效应并计算索力T：

式中m为单位长度的质量，l为拉索弦长，EA为拉索抗拉刚度，其中H为索力T的弦向分量，