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(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211023868.4 (22)申请日 2022.08.24 (71)申请人 国铁川藏科创中心 (成 都) 有限公司 地址 610218 四川省成 都市自由贸易试验 区天府新区兴隆街道湖畔路西段9 9号 申请人 中国铁道科 学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所   中国铁道科 学研究院集团有限公司 (72)发明人 苏朋飞 胡所亭 郭辉 朱颖  孙大奇 施洲 刘超鹏 顾家昌  江峰 苏永华 曾广武 鞠晓臣  刘建飞  (74)专利代理 机构 北京君泊知识产权代理有限 公司 11496 专利代理师 王程远(51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G01L 5/04(2006.01) G01B 11/16(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于空间线形的长大斜拉桥索力测试 方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于空间线形的长大斜拉 桥索力测试方法, 属于桥梁工程技术领域, 包括: 建立斜拉索非线性有限元模型, 根据设计索力计 算斜拉索空间线形; 依次计算等索力梯度变化下 不同设计索力的斜拉索空间线形, 得到挠度随索 力变化的曲线cv1; 现场测试斜拉索空间线形, 推 算斜拉索两端锚固点实测坐标及实测挠度ft; 将 ft对照曲线cv1, 确定初步实测索力结果T0; 更新 斜拉索非线性有限元模型, 细化计算斜拉索跨中 最大挠度ffimax, 形成更新细化的斜拉索跨中最 大挠度随索力变化的曲线cv2; 将ft对照曲线cv2, 得到修正的实测索力结果Tt, 完成对长大斜拉桥 索力的测试。 本发明可解决频率法测量受斜拉索 阻尼器影响的问题, 实现长大斜拉桥索力测试。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 115169201 A 2022.10.11 CN 115169201 A 1.一种基于空间线形的长大斜拉桥索力测试 方法, 其特 征在于, 包括以下步骤: 根据斜拉索两端锚固点设计坐标、 钢丝直径、 钢丝数量、 钢丝密度及钢丝弹模建立斜拉 索非线性有限元模型, 根据设计索力计算 斜拉索空间线形; 等梯度迭代设计索力, 依次计算等索力梯度变化下不同设计索力的斜拉索空间线形, 得到斜拉索跨中最大挠度fimax随设计索力变化的曲线cv1; 现场激光扫描测试斜拉索空间线形, 推算斜拉索两端锚固点实测坐标及斜拉索实测跨 中最大挠度ft; 将斜拉索实测跨中最大挠度ft对照斜拉索跨中最大挠度fimax随设计索力变化的曲线 cv1, 通过线形内插确定初步实测索力结果T0; 将斜拉索两端锚固点实测坐标代入更新斜拉索非线性有限元模型, 以初步实测索力结 果T0为中心细化索力梯度计 算斜拉索跨中最 大挠度ffimax, 形成更新细化的斜拉索跨中最 大 挠度随索力变化的曲线cv2; 将斜拉索实测跨中最大挠度ft对照更新细化后的斜拉索跨中最大挠度随索力变化的曲 线cv2, 通过线形内插得到修 正的实测索力结果Tt, 完成对长大斜拉桥索力的测试。 2.根据权利要求1所述的基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法, 其特征在于, 根据 设计索力计算斜拉索空间线形包括: 通过有限元软件建立斜拉索单根索非线性有限元模 型, 斜拉索 采用3D杆单元模拟, 根据斜拉索索长划分单元长度, 通过设置初应变模拟斜拉索 索力, 初应变值通过设计索力求得, 然后在单根索两端锚固点处约束节点的全部自由度, 计 算单根索的空间线形, 其中: 初应变值=设计索力/(索面积 ×钢丝弹模)。 3.根据权利要求1所述的基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法, 其特征在于, 建立 斜拉索非线性有限元模型中, 采取参数化建模建立单根索非线性有限元模型, 将斜拉索两 端锚固点坐标、 钢丝直径、 钢丝数量、 钢丝密度及钢丝弹模在有限元软件中定义为相互独立 的参数, 对于不同斜拉索, 修改对应参数 可建立其非线性有限元模型。 4.根据权利要求1所述的基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法, 其特征在于, 所述 等梯度迭代设计索力, 依 次计算等索力梯度变化下不同设计索力的斜拉索空间线形中, 以 30%~200%设计索力为范围, 5%~10%设计索力为梯度。 5.根据权利要求1所述的基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法, 其特征在于, 现场 激光扫描测试斜拉索空间线形, 推算斜拉索两端锚固点 实测坐标及斜拉索实测跨中最大挠 度ft包括: 在斜拉索所在平面以经过斜拉索梁端锚固点的水平线为x轴, 经过斜拉索塔端锚 固点的竖直线为y轴, 建立平面直角坐标系, 通过激光扫描测试出斜拉索 的空间线形y=F (x), 据此推算出斜拉索两端锚固点实测坐标及斜拉索实测跨中最大挠度ft。 6.根据权利要求1所述的基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法, 其特征在于, 细化 计算斜拉索跨中最大挠度ffimax中, 在0.90T0~1.10T0区间内, 以0.02T0为梯度细化计算该 区间索力作用下斜拉索跨中最大挠度f fimax。 7.根据权利要求1所述的基于空间线形的长大斜拉桥索力测试 方法, 其特 征在于, 还包括计算索力测试误差, 在推算斜 拉索实测跨中最大挠度ft后, 分析斜 拉索实测跨中 最大挠度误差fe, 对照曲线cv2, 通过线性内插分别确定出ft‑fe、 ft+fe对应的索力结果Tt1、 Tt2, 则索力测试误差 ΔT=(Tt2‑Tt1)/2。权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 115169201 A 2一种基于空间线 形的长大斜拉桥索力测试方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法, 属于桥梁工程技术领 域。 背景技术 [0002]斜拉索的索力测试是斜拉桥运营期间检测与评估非常重要的一项内容, 现有索力 测试的技术主要是压力环法、 磁通量法和频率法。 压力环法是在桥梁施工阶段将压力环置 于斜拉索锚固端, 斜拉索索力可通过光纤应变传感器所测得的压力环所受压力来推算, 但 成本较高, 且不能应用于已安装的斜拉索, 适应性较差; 磁通量法是将电磁传感器套在斜拉 索上, 测出斜拉索磁化前后的磁通量变化, 进一步标定出索力、 温度及磁通量变化的关系, 实现斜拉索索力的监测, 但该方法受温度、 电磁场影响较大, 费用昂贵; 频率法是当前索力 测试较为普遍的一种方法, 具体为利用附着在斜拉索上 的加速度传感器, 采集斜拉索在人 为或环境激励下 的振动频率, 根据自振频率与索力的关系确定索力, 但频率测定受斜拉索 阻尼的影响, 精度有待提高, 且对于长大斜拉桥, 斜拉索的非线性增强, 部分长索超出现有 频率测量仪器范围。 [0003]斜拉索因自重作用必定会产生一定 的垂度, 大跨度斜拉桥因其斜拉索较长, 自重 作用产生的垂度较大, 结构非线性问题严重, 既有索力测试方法很难很好的实现长大斜拉 桥索力测试工作。 虽斜拉索跨中垂度和索力存在严格的一一对应 关系, 但斜拉索处于高空, 跨中垂度及其与索力的对应关系难以得到测试和标定 。 发明内容 [0004]针对上述问题, 本发明旨在提供一种基于空间线形的长大斜拉桥索力测试方法。 采用这种方法测试索力可解决频率法测量索力受斜拉索阻尼影响的问题, 实现对长大桥斜 拉索的索力测量, 并可同时测量大桥所有斜拉索索力, 显著减少外业工作量, 具有良好的经 济和社会效益。 [0005]为了实现上述目的, 本发明采用了以下技 术方案: [0006]一种基于空间线形的长大斜拉桥索力测试 方法, 包括以下步骤: [0007]根据斜拉索两端锚固点设计坐标、 钢丝直径、 钢丝数量、 钢丝密度及钢丝弹模建立 斜拉索非线性有限元模型, 根据设计索力计算 斜拉索空间线形; [0008]等梯度迭代设计索力, 依次计算等索力梯度变化下不同设计索力的斜拉索空间线 形, 得到斜拉索跨中最大挠度fimax随设计索力变化的曲线cv1; [0009]现场激光扫描测试斜拉索空间线形, 推算斜拉索两端锚固点实测坐标及斜拉索实 测跨中最大挠度ft; [0010]将斜拉索实测跨中最大挠度ft对照斜拉索跨中最大挠度fimax随设计索力变化的曲 线cv1, 通过线形内插确定初步实测索力结果T0; [0011]将斜拉索两端锚固点实测坐标代入更新斜拉索非线性有限元模型, 以初步实测索说 明 书 1/6 页 3 CN 115169201 A 3

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