[发明专利]基于索网模型的悬索桥双吊索参数识别方法

说明书

本发明公开了一种基于索网模型的悬索桥双吊索参数识别方法，包括以下步骤：采集索网结构中已知的基本参数；计算索网结构的频率方程；对索网结构进行振动频率测试并采集各阶实测频率；定义目标函数；迭代求解索网结构实际参数。本发明目标函数明确，识别方法简单直观，识别精度高，能够完全考虑此类吊索的振动参数，包括吊索的索力、抗弯刚度、计算长度、单位索长质量、减振器所处的位置以及减振器的刚度等，适用于任意条件下的双吊索索网。

技术领域

本发明属于桥梁安全评估技术领域，具体涉及一种基于索网模型的悬索桥双吊索参数识别方法。

背景技术

吊索是悬索桥的重要受力构件，在施工或运营过程中，吊索的索力、抗弯刚度、长度、单位质量、减振器刚度等参数的实际状态跟设计状态不完全一致，识别出吊索真实的参数对准确评估桥梁的安全可靠性尤为重要。而悬索桥吊索由于减振器的作用形成索网结构，导致其与单根拉索的振动特性并不一样，在吊索同相整体振动振型之间会出现单根吊索单独振动振型(减振器位于吊索中点时成对出现)及反相振动振型，同相整体振动模态的自振频率值不受减振器影响，反相振动模态的频率值、振型均受减振器位置及刚度影响。以往的单根拉索参数识别方法无法全部利用索网结构的各阶频率，以致不能准确的识别吊索的全部参数。因此，需要一种准确的悬索桥吊索参数识别方法，对桥梁的施工及安全状态评估具有重要的意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种基于索网模型的悬索桥双吊索参数识别方法，方法基于索网模型，能够识别双吊索索网的所有参数。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于索网模型的悬索桥双吊索参数识别方法，包括以下步骤：

采集索网结构中已知的基本参数；

计算索网结构的频率方程；

对索网结构进行振动频率测试并采集各阶实测频率；

定义目标函数；

迭代求解索网结构实际参数。

进一步的，所述基本参数包括吊索的索力、材料的弹性模量、材料的截面积、吊索结构的计算长度、单位索长的质量、减振器所处的位置以及减振器的刚度。

进一步的，所述计算索网结构的频率方程具体为：

假设两根等长吊索L，吊索索力T、抗弯刚度EI以及单位索长质量m均相等，通过一个刚度为K的减振器进行连接，减振器在吊索1/2处，则其频率方程为：

若减振器刚度K为无限大，减振器在吊索1/2处，则频率方程为：

其中，频率方程(1)和(2)均在边界为固结的条件下计算得出。

进一步的，所述基于索网模型的悬索桥双吊索参数识别方法亦适用于减振器不位于吊索1/2处或索网两吊索参数不相同的情况。

进一步的，所述目标函数具体为：

其中，分别为计算所得和实测所得的吊索第j阶频率值，w_j是对应各阶频率误差的权重，n是实测中所得的频率最高阶次；

当计算频率等于实际频率时，即目标函数J＝0时，计算的吊索参数即为实际吊索参数，但是，实际工程中存在误差，因此，使目标函数J达到极小值，把目标函数导数的模控制在一个预设的范围内，即认为求解的吊索参数为实际吊索参数。

进一步的，所述迭代求解索网结构实际参数具体为：

通过公式(3)对吊索索网实际参数进行优化，采用优化迭代求解方法进行求解，包括单参数识别以及多参数识别。