结合正弦激振器和视频仪的拉索基本自振频率测量方法

摘要

一种结合正弦激振器和视频仪的拉索基本自振频率测量方法，属于土木工程技术领域，本发明为了解决对于较短的拉索，现有测量手段无法满足技术需求的问题。步骤a，采用理论公式估算被测索的基本自振频率f1的范围[fD,fU]；步骤b，在被测索的二分之一长度处安装激振器，并在固定地面上架设视频仪观测被测索二分之一长度a处和被测索四分之一长度b处的振动位移；步骤c，利用视频仪观测索二分之一长度a处和四分之一长度b处的振动位移；步骤d，通过两处位移比值判定此时激振频率为索的基本自振频率。本发明的一种结合正弦激振器和视频仪的拉索基本自振频率测量方法能提高拉索基本自振频率的测量精度。

权利要求

1.结合正弦激振器和视频仪的拉索基本自振频率测量方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤a，根据图纸和现场观察情况，采用理论公式估算被测索的基本自振频率f1的范围[fD,fU]；其中fD为基本自振频率f1的范围下界，fU为基本自振频率f1的范围上界；理论公式为：式中L为索长，单位为(m)，EI为索截面抗弯刚度，单位为(N·m2)，m为单位长度质量，单位为(kg/m)，T1为预估的索张力下限值，单位为(N)，T2为预估的索张力上限值，单位为(N)；

步骤b、在被测索的二分之一长度处安装激振器，并在固定地面上架设视频仪观测被测索二分之一长度a处和被测索四分之一长度b处的振动位移；

步骤c、启动激振器，将激振器的激振频率θ固定在[fD,fU]范围内的某一值，并让被测索振动稳定进入稳态阶段，此时同时观测a处位移da和b处位移db，记为位移比：步骤d、在激振频率θ不变的前提下，若位移比λ随时间变化很小且位移比λ不为0，则说明此激振频率θ即为该被测索的基本自振频率f1；若不然，改变激振频率θ返回步骤c重复观测。

2.根据权利要求1所述的结合正弦激振器和视频仪的拉索基本自振频率测量方法，其特征在于：正弦激振器的激振力幅值为1.0kN，视频仪与被测索的距离为5m。

3.根据权利要求1所述的结合正弦激振器和视频仪的拉索基本自振频率测量方法，其特征在于：步骤c中，启动激振器后等待索振动稳定后，再利用视频仪同时观测a处位移da和b处位移db，其中观测时长为0.5s，位移采样频率为100Hz，位移观测精度为0.001mm。

说明书

结合正弦激振器和视频仪的拉索基本自振频率测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及拉索基本自振频率测量方法，具体涉及结合正弦激振器和视频仪的拉索基本自振频率测量方法，属于土木工程技术领域。

背景技术

[0002] 索体系桥梁主要通过拉索进行力的传递和分配，拉索是索体系桥梁的主要受力构件。拉索的基本自振频率(以下简称基频)是索体系桥梁施工控制以及评估桥梁正常使用状态的重要指标，更是识别拉索索力的重要参数。

[0003] 拉索基频的测量的准确性受多方面因素影响，如测试方法、工具、观测仪器等等。目前常见的测量手段主要为采用加速度传感器的环境激励自由振动测试和人工激振共振测试。

[0004] 上述测量手段在实际工程应用中存在问题：采用环境激励时，对于较短的索环境激励很难激发拉索的一阶振动，故无法测量拉索基频；采用激振器进行人工激振时，通过肉眼观测很难准确判断索是否已发生共振、通过加速度传感器测量的信号含有较多噪声也很难判定共振。所以对于较短的索，现有测量手段无法满足技术需求。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供结合正弦激振器和视频仪的拉索基本自振频率测量方法，以解决上述问题。

[0006] 所述结合正弦激振器和视频仪的拉索基本自振频率测量方法包括以下步骤：

[0007] 步骤a，根据图纸和现场观察情况，采用理论公式估算被测索的基本自振频率f1的范围[fD,fU]；其中fD为基本自振频率f1的范围下界，fU为基本自振频率f1的范围上界；

[0008] 步骤b、在被测索的二分之一长度处安装激振器，并在固定地面上架设视频仪观测被测索二分之一长度a处和被测索四分之一长度b处的振动位移；

[0009] 步骤c、启动激振器，将激振器的激振频率θ固定在[fD,fU]范围内的某一值，并让被测索振动稳定进入稳态阶段，此时同时观测a处位移da和b处位移db，记为位移比：

[0010] 步骤d、在激振频率θ不变的前提下，若位移比λ随时间变化很小且位移比λ不为0，则说明此激振频率θ即为该被测索的基本自振频率f1；若不然，改变激振频率θ返回步骤c重复观测。

[0011] 优选的：步骤一中的理论公式为：

[0012]

[0013]

[0014] 式中L为索长，单位为(m)，EI为索截面抗弯刚度，单位为(N·m2)，m为单位长度质量，单位为(kg/m)，T1为预估的索张力下限值，单位为(N)，T2为预估的索张力上限值，单位为(N)。

[0015] 优选的：步骤b中的激振器为正弦激振器。

[0016] 优选的：正弦激振器的激振力幅值为1.0kN，视频仪与被测索的距离为5m。

[0017] 优选的：步骤c中，启动激振器后等待索振动稳定后，再利用视频仪同时观测a处位移da和b处位移db，其中观测时长为0.5s，位移采样频率为100Hz，位移观测精度为0.001mm。

[0018] 本发明具有以下效果：本发明方法首先估算索的基频范围，在索二分之一长度处安装激振器，让激振器在估算基频范围内扫频激振，利用视频仪观测索二分之一长度a处和四分之一长度b处的振动位移。将两处位移比值作为判定共振发生的关键指标，若激振器某一激振频率使得位移比值随时间变化很小且位移比不为0，则能判定此时激振频率为索的基频。通过提出一种全新的拉索基频测量方法，提高拉索基频的测量精度。

附图说明

[0019] 图1是基于正弦激振器和视频仪的拉索第二阶自振频率测量方法示意图；

[0020] 图2是激振频率为12.5Hz时，视频仪观测索二分之一长度处位移da和索四分之一长度处位移db图；

[0021] 图3是激振频率为17.5Hz时，视频仪观测索二分之一长度处位移da和索四分之一长度处位移db图；

[0022] 图4是激振频率为15.0Hz时，视频仪观测索二分之一长度处位移da和索四分之一长度处位移db图；

[0023] 图5是激振频率为15.5Hz时，视频仪观测索二分之一长度处位移da和索四分之一长度处位移db图；

[0024] 图6是激振频率为15.6Hz时，视频仪观测索二分之一长度处位移da和索四分之一长度处位移db图；

[0025] 图7是激振频率为12.5Hz、17.5Hz和15.0Hz时视频仪记录的观测结果计算位移比随时间变化情况图；

[0026] 图8是激振频率为15.5Hz和15.6Hz时视频仪记录的观测结果计算位移比随时间变化情况图。

[0027] 图中：1-被测索、2-索锚固端、3-正弦激振器、4-视频仪、a-索二分之一长度处位移观测点、b-索四分之一长度处位移观测点。

具体实施方式

[0028] 下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。

[0029] 本发明所述的结合正弦激振器和视频仪的拉索基本自振频率测量方法包括以下步骤：

[0030] 步骤a，根据图纸和现场观察情况，采用理论公式估算被测索的基本自振频率f1的范围[fD,fU]；其中fD为基本自振频率f1的范围下界，fU为基本自振频率f1的范围上界；其中理论公式为：

[0031]

[0032]

[0033] 式中L为索长，单位为(m)，EI为索截面抗弯刚度，单位为(N·m2)，m为单位长度质量，单位为(kg/m)，T1为预估的索张力下限值，单位为(N)，T2为预估的索张力上限值，单位为(N)。

[0034] 在本实施例中，索长L＝10m，索截面抗弯刚度EI＝83 498 100N·m2，索张力T估计值范围为1800kN～2200kN，单位长度质量m＝432.51kg/m。根据经典梁振动理论，以及对比其他实测结果，该索的基频应在[7.6Hz,17.9Hz]区间内。

[0035] 步骤b、在被测索的二分之一长度处安装激振器，并在固定地面上架设视频仪观测被测索二分之一长度a处和被测索四分之一长度b处的振动位移。

[0036] 在本实施例中在索二分之一长度处安装正弦激振器，激振力幅值为1.0kN，在距离索约5m处架设视频仪，如图1所示。

[0037] 步骤c、启动激振器，将激振器的激振频率θ固定在[fD,fU]范围内的某一值，并让被测索振动稳定进入稳态阶段，此时同时观测a处位移da和b处位移db，记为位移比[0038] 本实施例中，在区间[7.6Hz,17.9Hz]内分别选取激振频率θ1＝12.5Hz、θ2＝17.5Hz、θ3＝15.0Hz、θ4＝15.5Hz、θ5＝15.6Hz用以实施激励。启动激振器后等待索振动稳定，利用视频仪同时观测a处位移da和b处位移db，本例中观测时长为1s，位移采样频率为
100Hz，位移观测精度为0.001mm。da和db观测结果如图2至图6所示。

[0039] 分别激振频率θ1＝12.5Hz、θ2＝17.5Hz、θ3＝15.0Hz、θ4＝15.5Hz、θ5＝15.6Hz时依据记录的da和db观测结果计算位移比λ，结果如图7和图8所示。

[0040] 步骤d、在激振频率θ不变的前提下，若位移比λ随时间变化很小且位移比λ不为0，则说明此激振频率θ即为该被测索的基本自振频率f1；若不然，改变激振频率θ返回步骤c重复观测。

[0041] 由图7和图8可见，在本实施例中，激振频率θ1＝12.5Hz、θ2＝17.5Hz、θ3＝15.0Hz时位移比λ随时间变化都较大；而激振频率θ4＝15.5Hz、θ5＝15.6Hz时位移比λ随时间变化都较小；其中θ5＝15.6Hz位移比λ变化最小，且位移比λ不为0，故可视15.6Hz为该索的基频测量值。

[0042] 本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。