[发明专利]一种考虑环境温度影响的拉索张力动测方法

说明书

本发明公开了一种考虑环境温度影响的拉索张力动测方法，包括：获取待测拉索的相关参数；根据相关参数推导环境温度作用下的拉索静力方程和拉索动力特性值方程；对方程进行离散，用有限差分法求解温度作用下拉索张力的变化量和温度作用下拉索垂度的变化量，并求解拉索的频率；求解拉索频率对拉索初始张力、弯曲刚度、轴向刚度参数的导函数；根据导函数构建参数灵敏度矩阵，用最小二乘法实施拉索系统参数的反演，得到考虑温度效应影响的拉索张力。优点：本发明提供了考虑温度效应影响的拉索振动方程，基于矩阵特征值导数求解拉索频率对其系统参数和环境温度的导函数，构建灵敏度矩阵，用最小二乘法建立考虑温度效应影响的索张力的高精度动测法。

技术领域

本发明涉及一种考虑环境温度影响的拉索张力动测方法，属于桥梁工程技术领域。

背景技术

拉索是重要的传力构件，其张力的大小关系到桥梁的安全和健康状况。因此，拉索张力的测试是桥梁检测的重要内容，亦是桥梁施工监控的重要手段。振动频率法因其简单、快捷以及适用于桥梁运营状态的索力测试而获得了广泛的应用。但已有的方法得到的索力与实际索力仍存在一定误差，主要原因是对拉索的减震器、复杂边界条件及温度变化的影响考虑不足。

温度导致的热胀冷缩对拉索的动力特性有一定的影响。对于短吊杆，主要使得吊杆张力发生变化；对于长索，温度的改变还会影响到拉索的垂度，从而影响到长索张力与频率的曲线关系。因此，温度的变化通过两个方面影响到拉索的动力特性：一是改变了拉索的张力；二是改变了长索的垂度。如何在振动频率法中考虑温度的影响，对于提高实际工程中索力动测法的精度具有重要的工程应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种考虑环境温度影响的拉索张力动测方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种考虑环境温度影响的拉索张力动测方法，包括：

获取待测拉索的相关参数，所述相关参数包括索长L、倾斜角θ、弹性模量E、横截面积F、惯性矩I以及环境温度变化量ΔT；

根据相关参数推导环境温度作用下的拉索静力方程和拉索动力特性值方程；

对所述拉索静力方程和拉索动力特性值方程进行离散，用有限差分法求解温度作用下拉索张力的变化量和温度作用下拉索垂度的变化量，并求解拉索的频率；

求解所述拉索频率对拉索初始张力、弯曲刚度、轴向刚度参数的导函数；

根据所述拉索频率对拉索初始张力、弯曲刚度、轴向刚度参数的导函数构建参数灵敏度矩阵，用最小二乘法实施拉索系统参数的反演，得到考虑温度效应影响的拉索张力。

进一步的，所述拉索静力方程为：

其中，H表示吊杆张力，E表示弹性模量、I表示惯性矩的初始值；x表示拉索沿弦长方向的坐标，y表示拉索的静挠度；p(x)和q(x)分别表示重力在y和x方向的分量，在只有重力的情况下，有：p(x)＝mgcosθ，q(x)＝mgsinθ，其中θ为拉索的倾斜角；h_t和η_t表示因温度引起的拉索张力和挠度的变化量；上标＇和〞分别表示对坐标x的一阶导数和二阶导数。

进一步的，所述拉索动力特性值方程为：

其中ω表示拉索振动的圆频率，表示拉索的振型函数；EF和m分别为拉索的轴向刚度和单位长度质量，L为索长，F表示横截面积。

进一步的，所述温度作用下拉索垂度的变化量分别表示为：

(K₁+K₂){η_t}＝{F_t} (6a)