[发明专利]一种有阻尼吊杆系统张力的高精度动测法

说明书

本发明公开了一种有阻尼吊杆系统张力的高精度动测法，包括以下步骤：建立考虑附加质量、边界转动刚度、减震器影响的吊杆系统的振动控制微分方程和动力特征值方程；通过有限差分法求解获得矩阵形式的动力特征值方程；基于矩阵特征值导数求解吊杆系统的频率对其张力、弯曲刚度、边界转动刚度和减震器阻尼的导函数；基于吊杆频率的导函数构建参数灵敏度矩阵；根据参数灵敏度矩阵和最小二乘法建立吊杆系统参数的反演算法；通过附加质量法获得多个目标频率值；根据预估的系统参数计算获取多个预估频率；根据目标频率值、预估频率和反演算法计算得到给定频率下的系统参数。本发明提供的方法解决了实际工程中短吊杆测力、有阻尼吊杆系统测力的难题。

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种有阻尼吊杆系统张力的高精度动测法。

背景技术

索力和吊杆力的测试是桥梁检测和施工监控中的重要问题，其测试精度对于桥梁在施工和运营阶段的安全监控都具有重要的意义。已有的索力测试方法有油压表法、压力传感器法、振动频率法和磁通量法，其中振动频率法因其方便、快捷，在工程中得到了最广泛的应用。但振动频率法的精度受到拉索的垂度效应、弯曲刚度、边界条件和阻尼器等因素的影响，理论公式的使用范围受到限制。

短吊杆的测力是工程中的难点问题，这是由于短吊杆的频率高，在日常的环境激励下，其高阶振型不易被激发，往往只能测得其一阶的频率。另一方面，短吊杆的动力特性又更多地受到弯曲刚度和边界条件的影响，这就需要更多的频率信息来识别更多的系统参数。此外，为了减振并减少吊杆在边界处的受力不均匀，工程中经常会在吊杆两端锚固端垫橡胶圈，有时候还会采用附加的阻尼装置。阻尼器的存在起到减振耗能作用的同时，亦会影响到吊杆的动力特性，从而影响到吊杆力动测法的精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有阻尼吊杆系统张力的高精度动测法，以解决现有技术中存在的精度不足的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种有阻尼吊杆系统张力的高精度动测法，包括以下步骤：

建立考虑附加质量、边界转动刚度、减震器影响的吊杆系统的振动控制微分方程和动力特征值方程；

所述振动控制微分方程为：

其中，H＝H(x)表示吊杆张力，H(x)＝H₀+mgxsinθ，其中H₀表示吊杆左端部的张力，θ表示吊杆的倾斜角；H′(x)为吊杆张力对坐标x的一阶导数；η(x,t)表示吊杆的侧向动挠度；η″表示侧向动挠度对坐标x的二阶导数；EI表示吊杆的弯曲刚度，m表示单位长度的质量，c表示吊杆本身的粘滞阻尼系数；k_dj和c_dj分别表示x_j位置处阻尼装置的刚度和阻尼，M_k表示x_k位置处附加质量块的质量，η_k和η_j表示相应位置的动位移；r和s分别表示与吊杆连接的附加质量块和阻尼器的个数；表示偏导数运算；δ(·)是狄拉克函数；

所述动力特征值方程为：

其中，表示吊杆系统的振型函数，和分别为振型函数对坐标x的一阶和二阶导数；为振型函数在x＝x_j位置的取值；p表示系统的动力特征值；

通过有限差分法求解获得矩阵形式的动力特征值方程；

将吊杆划分为若干段，通过有限差分法求解获得矩阵形式的动力特征值方程，引入如下差分格式：

其中，a为吊杆的分段长度；

所述矩阵形式的动力特征值方程为：