本技术涉及桥梁结构健康监测数据分析技术,提供了一种适用于边界扰动条件下的斜拉索张力监测系统及装置。该系统旨在解决现有监测系统中斜拉桥索力在线监测的难题,通过斜拉索塔端与索力的监测技术,实现对斜拉桥索力的精确监测,以保障桥梁结构安全。
背景技术
斜拉索是斜拉桥的关键和脆弱构件,为桥梁的安全运营提供必不可少的支撑。由于受到外界环境和外部荷载等多因素的影响,斜拉索易因振动和腐蚀等因素受到损伤,随着时间的推移而张力改变或发生损坏,进而影响桥梁结构的安全。因此,准确识别拉索张力对桥梁结构的健康监测具有重要意义。现有的索力识别方法主要有压力传感器法、千斤顶法、应变测量法、振动频率法、磁通量法等,基于振动法的索力识别因其简便、廉价、无损等优点,已成为目前结构健康监测领域最广泛的索力识别方法之一。
振动频率法是通过获取拉索在环境激励或人工激励下的振动响应来识别拉索的固有频率,进而根据拉索张力与频率之间的物理关系估算出索力。其难点在于,实际状态下准别识别拉索的真实固有频率和确定索力与频率之间的非线性关系受弯曲刚度、垂度、倾角和复杂多变的边界条件等多因素耦合影响(Minimal requirements for thevibration-based identification of the axial force,the bending stiffness andthe flexural boundary conditions in cables)。由于斜拉索的两端锚固在主塔和主梁等弹性结构上,导致斜拉索的边界条件复杂。特别是桥梁运营状态下,车辆荷载作用下塔-梁端发生扰动,使得塔-索-梁耦合振动,难以确定索力与频率之间的对应关系。学者们相继提出的基于多点测试的子结构索力识别方法可有效避免复杂边界难以确定的问题(Tension force identification for cable of various end-restraints usingequivalent effective vibration lengths of mode pairs;A two-step methodologyfor cable force identification),但增加测点不仅增加了现场测试的传感器成本,而且无法应用到既有桥梁健康监测系统中,因为斜拉索的监测通常只布置一个测点。
为解决上述问题,本发明提出一种边界扰动下斜拉索张力监测系统。该系统通过对斜拉桥塔-索-梁的振动监测,实现考虑斜拉索塔-梁端边界扰动的时变索力识别,在求解过程中将索力和弯曲刚度都作为待优化参数同时识别,极大地避免了传统索力识别公式中等效弯曲刚度不准确导致识别的索力精度低的问题。同时,本发明在拉索真实固有频率的识别过程中将拉索响应与塔-梁端响应的傅里叶变换作比值,有效剔除了传统的拉索响应频谱分析中包含的塔-梁振动信息的干扰,实现了桥梁运营状态下随机荷载引起的索力变化精确识别,对斜拉桥索力的实时监测、预测报警和状态评估有重要意义。
实现思路