[发明专利]基于频率法的变温环境下吊杆张力测定方法

说明书

技术领域

本发明吊杆张力测定技术领域，具体涉及一种基于频率法的变温环境下吊杆张力测定方法。

背景技术

吊杆是中、下承式拱桥重要的传力构件，其受力状况与拱桥的安全状况密切相关。在中、下承式拱桥健康监测中，可以通过吊杆张力的变化来判断中、下承式拱桥的健康状态，显然判断结果的精度与吊杆张力测试精度密切相关。目前对于该类型吊杆的健康监测以及索力的计算主要有以下几种方法：油压表读数法、压力传感器法、磁通量法和频率法等，其中以频率法为原理设计而成的动态信号采集分析系统最为常用，即通过测试吊杆横向振动频率间接检测出该吊杆内力。

为提高吊杆张力测试精度，部分学者研究了吊杆抗弯刚度、吊杆两端边界条件、减振器、吊杆参数等对吊杆张力的影响。公开号为102230833A的中国专利公开了基于频率法的吊杆张力测定方法，其包括步骤为：确定吊杆参数、确定吊杆边界参数、测试吊杆横向振动频率、计算吊杆张力，但未考虑环境温度对吊杆自振频率以及张力的影响，而实际中由于结构材料热胀冷缩特性，对于调索完成的吊杆，当温度变化时，吊杆张力会发生变化，同时吊杆横向振动频率发生改变，这样会使吊杆的温度、张力和频率产生相互的影响，若计算吊杆张力时未考虑环境温度的影响，就不能保证测试计算得出的吊杆张力的精确度，不利于实际工程应用。

因此，亟需一种考虑吊杆环境温度的吊杆张力测定方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种考虑环境温度变量、能够提高吊杆张力测试精度的基于频率法的变温环境下吊杆张力测定方法。

本发明基于频率法的变温环境下吊杆张力测定方法的技术方案是：

一种基于频率法的变温环境下吊杆张力测定方法，包括步骤：

测试吊杆横向振动频率f_n；

计算引入环境变量时的吊杆体系无阻尼自由振动的运动方程：

利用吊杆体系无阻尼自由振动的运动方程求解出吊杆振动第n阶横向振动频率f_n与环境温度变化(T-T₀)以及吊杆张力F的关系式为：

其中，T为环境温度；

L为吊杆长度；

为吊杆长度质量；

A为吊杆横截面积；

α为吊杆材料热膨胀系数；

T₀为吊杆张拉调索完成时环境温度；

(T-T₀)为环境温度变化量；

EI为吊杆抗弯刚度。

进一步的，所述吊杆体系无阻尼自由振动的运动方程采用分离变量法求解。

进一步的，所述吊杆单位长度质量为为吊杆的钢丝和护套的单位长度质量。

进一步的，所述吊杆抗弯刚度EI中的惯性矩I为吊杆的全部钢丝对断面行心的惯性矩之和，E为钢丝的弹性模量。

进一步的，推导引入环境温度变量的吊杆体系无阻尼自由振动的运动方程时，由环境温度变化时引起的吊杆的应力σ(T)与张力F_N(T)为：

σ(T)＝Eα(T-T₀) (1)

F_N(T)＝F-σ(T)A (2)；

由达朗贝尔原理得到力的平衡条件为：

吊杆的截面形心矩的平衡条件为：

弯矩和曲率关系式为：

所述考虑环境变温时吊杆体系无阻尼自由振动的运动方程通过将公式(4)和公式(5)带入公式(3)并利用公式(1)和公式(2)化简而得。

进一步的，所述吊杆体系无阻尼自由振动的运动方程解出吊杆振动第n阶横向振动频率与环境温度变化(T-T₀)的关系式中所述则温升后吊杆热过屈 曲临界温度设为T_cr，则并在吊杆初始张力为零时得到吊杆热过屈曲临界压力为：

本发明的有益效果是：本发明将环境温度作为变量引入到吊杆张力的计算中，考虑到了温度变化引起的材料的热胀冷缩特性对吊杆振动频率的影响，推算出吊杆无阻尼自由振动的运动方程，解方程即可得吊杆张力，该发明在同等条件下计算的吊杆张力的精度较高，真实模拟的实际吊杆测试中的环境变化，计算结果精确；求解吊杆无阻尼自由振动方程得到吊杆n阶振动频率，可计算计算得出吊杆的过热屈曲临界温度及临界压力，这样可以在应用中作为避免吊杆失稳的依据。

附图说明

图1本发明实施例提供的基于频率法的变温环境下吊杆张力测定方法；