基于频率法的拉索索力自动测量技术研究

论文摘要

拉索是斜拉桥等结构主要承重构件之一,其受力状况是评价斜拉桥健康状况的重要技术指标之一。随机激励频率振动法具有不需在拉索施工时对传感器进行预安装和测量时不中断交通等优点,成为监测已经建成斜拉桥拉索索力最方便的方法。其缺点是拉索振动信号中的噪声复杂,需要高精度、高灵敏度的传感器,并需要测量人员不断的重复测量过程,才能得到清晰的振动频谱。为了满足桥梁长期在线健康监测的需求,需要选择合适的传感器,利用智能软件来完成测量过程中的信号的采集和频谱分析的工作,以实现索力的高精度自动监测;但是,目前在能够有效识别频谱的智能软件的开发及传感器选型方面,仍然需要做更多的工作。针对以上讨论,本文主要完成了以下研究工作:①分析斜拉索索力测试方法的研究现状,指出了目前索力测试方法存在的问题,提出了本论文的研究工作要点。②从弦理论出发推导了拉索振动频率与其受力间的计算公式,并分析了相关因素对索力的影响;给出了拉索长度的计算方法;在此基础上给出了索力测量的实用公式。③搭建传感器低频性能测试平台,设计测试方案,对美国朗斯LC0116加速度传感器、草青木秀GT02型力平衡式加速度传感器、中国地震研究所941B型加速度传感器进行低频性能测试比较;分析了拉索振动的振型,分析数据采集频率和数据采集数据量对拉索索力测量精度的影响,研究振动信号噪声处理方法;讨论确定拉索振动基频的方法;搭建索力测试硬软件平台。④对菜园坝长江大桥的吊杆张力进行标定试验,验证了本方法在短索索力测量中的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 背景介绍
• 1.2 国内外索力测量技术现状
• 1.2.1 油压表读数法
• 1.2.2 压力传感器法
• 1.2.3 磁通量法
• 1.2.4 频率法
• 1.3 各种测量方法对比分析
• 1.4 课题的研究意义和内容
• 1.4.1 课题的研究意义
• 1.4.2 课题的研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 频率法测量索力的原理
• 2.1 引言
• 2.2 拉索的固有频率与索力的关系
• 2.3 频率法测索力的影响因素
• 2.3.1 拉索两端边界条件的影响
• 2.3.2 拉索抗弯刚度的影响
• 2.3.3 拉索垂度的影响
• 2.3.4 附加质量的影响
• 2.3.5 环境温度的影响
• 2.3.6 拉索长度的计算的影响
• 2.3.7 索力测量的实用公式
• 2.4 本章小结
• 3 频率法测量索力系统的设计
• 3.1 传感器选型实验
• 3.1.1 实验对象
• 3.1.2 实验目的
• 3.1.3 实验设备及工具
• 3.1.4 实验方法
• 3.1.5 数据处理结果
• 3.1.6 工程现场实测
• 3.1.7 测试结论
• 3.2 振型分析
• 3.3 数据采集对索力测量精度的影响
• 3.3.1 理论分析
• 3.3.2 计算机仿真
• 3.3.3 应用测试
• 3.4 小波消噪
• 3.4.1 阈值决策的小波消噪原理
• 3.4.2 小波消噪算法设计原理
• 3.4.3 计算机仿真实验
• 3.5 基频识别方法
• 3.5.1 频谱峰值位置的确定
• 3.5.2 频差法求基频
• 3.5.3 迭代法求基频
• 3.6 索力测量软硬件系统设计
• 3.6.1 硬件系统设计
• 3.6.2 软件系统设计
• 3.7 本章小结
• 4 菜园坝长江大桥吊杆标定试验
• 4.1 菜园坝长江大桥简介
• 4.2 试验目
• 4.3 试验设备及工具
• 4.4 试验方法
• 4.5 试验条件与结果
• 4.6 数据处理结果与结论
• 4.7 菜园坝长江大桥吊索索力实地测量
• 4.8 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 本文所做的工作
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录