專利名稱：考慮減振阻尼器作用的斜拉索索力計算方法
技術領域：
本發明涉及斜拉橋設計技術領域，特別是一種考慮減振阻尼器作用的斜拉索索力計算方法。
背景技術：
現有的斜拉橋普遍應用減振阻尼器以避免斜拉索的大幅振動。減振阻尼器的安裝會改變斜拉索的實測基頻，但不會改變斜拉索的實際索力。因此，在斜拉索的索力計算過程中，應考慮減振阻尼器的作用。通過在斜拉索運動方程的阻尼項中考慮減振阻尼器的作用，通過復數特征值的數值方法求解該運動方程得到斜拉索的實際索力。由于此種方法較為繁瑣，因此，工程上常用等效索長的近似公式方法來計算考慮減振阻尼器的斜拉索索力值，即假定減振阻尼器安裝前后索力計算公式不變，利用調整后斜拉索的等效計算索長和安裝減·振阻尼器后的斜拉索實測頻率來計算斜拉索的實際索力值。隨著計算技術特別是數值計算方法的不斷發展，如果需要得到更為精確的索力值，就應當采用數值方法求解考慮減振阻尼器作用的斜拉索運動方程。
發明內容
本發明的目的在于提供一種考慮減振阻尼器作用的斜拉索索力計算方法，該方法有利于提高斜拉索索力計算結果的準確性。為實現上述目的，本發明采用的技術方案是一種考慮減振阻尼器作用的斜拉索索力計算方法，包括以下步驟
步驟I :在斜拉索安裝減振阻尼器前，測量安裝減振阻尼器前斜拉索的振動頻率H，并通過計算得到安裝減振阻尼器前斜拉索的索力值T ;安裝完減振阻尼器后，再次測量安裝減振阻尼器后斜拉索的振動頻率f2 ；
步驟2 :針對已安裝減振阻尼器的斜拉索，將所述減振阻尼器簡化為彈性支撐，并在考慮彎曲剛度的斜拉索面內運動方程的荷載項中考慮所述彈性支撐的作用；
步驟3 :假定在安裝減振阻尼器前后所述斜拉索的索力值不變，并預設減振阻尼器的等效剛度值，將減振阻尼器的預設剛度值、安裝位置、斜拉索彈性模量、斜拉索截面面積、斜拉索外徑、斜拉索線密度、斜拉索水平傾角、斜拉索索長、斜拉索等分節段數和斜拉索的索力值代入考慮彎曲剛度的斜拉索面內運動方程，并利用有限差分的數值方法進行求解，得到斜拉索振動的計算頻率f3 ;計算所述斜拉索振動的計算頻率f3與實測的振動頻率f2之間的差值，若所述差值超出誤差允許范圍，則調整減振阻尼器的預設剛度值，并重新計算斜拉索振動的計算頻率，直到斜拉索振動的計算頻率f3與實測的振動頻率f2的差值落在誤差允許范圍內，從而得到減振阻尼器的等效剛度值；
步驟4:對斜拉索索力進行預估，將所述減振阻尼器的等效剛度值、安裝位置、斜拉索彈性模量、斜拉索截面面積、斜拉索外徑、斜拉索線密度、斜拉索水平傾角、斜拉索索長、斜拉索等分節段數和預估索力值代入考慮彎曲剛度的斜拉索面內運動方程，并利用有限差分的數值方法進行求解，得到斜拉索振動的計算頻率f4 ；
步驟5 :計算所述斜拉索振動的計算頻率f4與實測的振動頻率f2之間的差值，若所述差值超出誤差允許范圍，則調整預估索力值，并返回步驟4，重新計算斜拉索振動的計算頻率，直到斜拉索振動的計算頻率f4與實測的振動頻率f2的差值落在誤差允許范圍內；步驟6 :使斜拉索振動的計算頻率f4與實測的振動頻率f2的差值落在誤差允許范圍內的預估索力值就是斜拉索的實際索力值。本發明的有益效果是可以提高斜拉索索力計算結果的準確性和精度，并且可以考慮斜拉索自身抗彎剛度對斜拉索索力測量結果的影響。下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
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圖I是本發明實施例安裝有減振阻尼器的斜拉索的幾何形狀示意圖。圖2是本發明實施例安裝有減振阻尼器的斜拉索的離散模型示意圖。圖3是本發明實施例的工作流程圖。
具體實施例方式本發明考慮減振阻尼器作用的斜拉索索力計算方法，如圖3所示，包括以下步驟 步驟I:在斜拉索安裝減振阻尼器前，測量安裝減振阻尼器前斜拉索的振動頻率Π，并
通過計算得到安裝減振阻尼器前斜拉索的索力值T ;安裝完減振阻尼器后，再次測量安裝減振阻尼器后斜拉索的振動頻率f2 ；
步驟2 :針對已安裝減振阻尼器的斜拉索，將所述減振阻尼器簡化為彈性支撐，并在考慮彎曲剛度的斜拉索面內運動方程的荷載項中考慮所述彈性支撐的作用；
步驟3 :假定在安裝減振阻尼器前后所述斜拉索的索力值不變，并預設減振阻尼器的等效剛度值，將減振阻尼器的預設剛度值、安裝位置、斜拉索彈性模量、斜拉索截面面積、斜拉索外徑、斜拉索線密度、斜拉索水平傾角、斜拉索索長、斜拉索等分節段數和斜拉索的索力值代入考慮彎曲剛度的斜拉索面內運動方程，并利用有限差分的數值方法進行求解，得到斜拉索振動的計算頻率f3 ;計算所述斜拉索振動的計算頻率f3與實測的振動頻率f2之間的差值，若所述差值超出誤差允許范圍，則調整減振阻尼器的預設剛度值，并重新計算斜拉索振動的計算頻率，直到斜拉索振動的計算頻率f3與實測的振動頻率f2的差值落在誤差允許范圍內，使斜拉索振動的計算頻率f3與實測的振動頻率f2的差值落在誤差允許范圍內的預估剛度值就是我們所需要得到的減振阻尼器的等效剛度值；
步驟4:對斜拉索索力進行預估，將所述減振阻尼器的等效剛度值、安裝位置、斜拉索彈性模量、斜拉索截面面積、斜拉索外徑、斜拉索線密度、斜拉索水平傾角、斜拉索索長、斜拉索等分節段數和預估索力值代入考慮彎曲剛度的斜拉索面內運動方程，并利用有限差分的數值方法進行求解，得到斜拉索振動的計算頻率f4 ；
步驟5 :計算所述斜拉索振動的計算頻率f4與實測的振動頻率f2之間的差值，若所述差值超出誤差允許范圍，則調整預估索力值，并返回步驟4，重新計算斜拉索振動的計算頻率，直到斜拉索振動的計算頻率f4與實測的振動頻率f2的差值落在誤差允許范圍內；步驟6 :使斜拉索振動的計算頻率f4與實測的振動頻率f2的差值落在誤差允許范圍內的預估索力值就是斜拉索的實際索力值。安裝有減振阻尼器的斜拉索的幾何形狀如圖I所示。定義坐標系(X，Z)為整體坐標系，坐標系(X*，Z* )為整體割線坐標系，即X方向為水平方向，Z方向為豎直方向，X*方向為斜拉索兩端點連線方向，Z*方向與X*方向垂直且與斜拉索在同一平面，所述減振阻尼器分別安裝于所述斜拉索兩端一定位置上，不考慮減振阻尼器的阻尼功效，只考慮其支承功效，將所述減振阻尼器簡化為具有一定支撐剛度的線彈性支撐，將線彈性支撐力Fdx(t)和Fdz (t)代入考慮彎曲剛度的斜拉索無量綱運動方程，得到考慮減振阻尼器作用的斜拉索無量綱運動方程式(I)和(2)
權利要求
1.一種考慮減振阻尼器作用的斜拉索索力計算方法，其特征在于包括以下步驟 步驟I:在斜拉索安裝減振阻尼器前，測量安裝減振阻尼器前斜拉索的振動頻率Π，并通過計算得到安裝減振阻尼器前斜拉索的索力值T ;安裝完減振阻尼器后，再次測量安裝減振阻尼器后斜拉索的振動頻率f2 ； 步驟2 :針對已安裝減振阻尼器的斜拉索，將所述減振阻尼器簡化為彈性支撐，并在考慮彎曲剛度的斜拉索面內運動方程的荷載項中考慮所述彈性支撐的作用； 步驟3 :假定在安裝減振阻尼器前后所述斜拉索的索力值不變，并預設減振阻尼器的等效剛度值，將減振阻尼器的預設剛度值、安裝位置、斜拉索彈性模量、斜拉索截面面積、斜拉索外徑、斜拉索線密度、斜拉索水平傾角、斜拉索索長、斜拉索等分節段數和斜拉索的索力值代入考慮彎曲剛度的斜拉索面內運動方程，并利用有限差分的數值方法進行求解，得到斜拉索振動的計算頻率f3 ;計算所述斜拉索振動的計算頻率f3與實測的振動頻率f2之間的差值，若所述差值超出誤差允許范圍，則調整減振阻尼器的預設剛度值，并重新計算斜拉索振動的計算頻率，直到斜拉索振動的計算頻率f3與實測的振動頻率f2的差值落在誤差允許范圍內，從而得到減振阻尼器的等效剛度值； 步驟4 :對斜拉索索力進行預估，將所述減振阻尼器的等效剛度值、安裝位置、斜拉索彈性模量、斜拉索截面面積、斜拉索外徑、斜拉索線密度、斜拉索水平傾角、斜拉索索長、斜拉索等分節段數和預估索力值代入考慮彎曲剛度的斜拉索面內運動方程，并利用有限差分的數值方法進行求解，得到斜拉索振動的計算頻率f4 ； 步驟5 :計算所述斜拉索振動的計算頻率f4與實測的振動頻率f2之間的差值，若所述差值超出誤差允許范圍，則調整預估索力值，并返回步驟4，重新計算斜拉索振動的計算頻率，直到斜拉索振動的計算頻率f4與實測的振動頻率f2的差值落在誤差允許范圍內；步驟6 :使斜拉索振動的計算頻率f4與實測的振動頻率f2的差值落在誤差允許范圍內的預估索力值就是斜拉索的實際索力值。
2.根據權利要求I所述的考慮減振阻尼器作用的斜拉索索力計算方法，其特征在于定義坐標系(X，z)為整體坐標系，坐標系(X*，z*)為整體割線坐標系，所述減振阻尼器分別安裝于所述斜拉索兩端一定位置上，將所述減振阻尼器簡化為具有一定支撐剛度的線彈性支撐，將線彈性支撐力Fdx (t)和Fdz(t)代入考慮彎曲剛度的斜拉索無量綱運動方程，得到考慮減振阻尼器作用的斜拉索無量綱運動方程式(I)和(2)
3.根據權利要求I所述的考慮減振阻尼器作用的斜拉索索力計算方法，其特征在于在步驟I中，安裝減振阻尼器前斜拉索的索力值T的計算方法包括以下步驟 步驟11 :對斜拉索的振動進行測量，并對測量結果進行頻譜分析，得到實測的振動頻率fl ;對斜拉索索力進行預估，得到預估索力值；步驟12 :將斜拉索彈性模量、斜拉索截面面積、斜拉索外徑、斜拉索線密度、斜拉索水平傾角、斜拉索索長、斜拉索等分節段數和預估索力值代入考慮彎曲剛度的斜拉索面內運動方程，并利用有限差分的數值方法進行求解，得到斜拉索振動的計算頻率； 步驟13 :計算斜拉索振動的計算頻率與實測的振動頻率之間的差值，若所述差值在誤差允許范圍內，則判定預估索力值即是斜拉索的實際索力值，算法結束；若所述差值超出誤差允許范圍，則調整預估索力值，并返回步驟12進行循環迭代，直到斜拉索振動的計算頻率與實測的振動頻率的差值落在誤差允許范圍內，調整后的預估索力值即為斜拉索的實際索力值； 計算斜拉索振動的計算頻率時，只考慮方程線性項且不考慮外力，考慮彎曲剛度和垂度的斜拉索無量綱運動方程為
全文摘要
本發明涉及一種考慮減振阻尼器作用的斜拉索索力計算方法，包括以下步驟測量安裝減振阻尼器后斜拉索的振動頻率f2；將減振阻尼器簡化為彈性支撐，并在考慮彎曲剛度的斜拉索面內運動方程的荷載項中考慮彈性支撐的作用；計算減振阻尼器的等效剛度值；將減振阻尼器的等效剛度值、安裝位置、斜拉索自身特性值和預估索力值代入考慮彎曲剛度的斜拉索面內運動方程，利用有限差分的數值方法求解，得到斜拉索振動的計算頻率f3；若計算頻率f3與實測頻率f2的差值超出誤差允許范圍，則調整預估索力值，重新計算，直到計算頻率與實測頻率的差值落在誤差允許范圍內；調整后的預估索力值就是實際索力值。該方法有利于提高斜拉索索力計算結果的準確性。
文檔編號G06F19/00GK102789547SQ20121024281
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月14日 優先權日2012年7月14日
發明者吳慶雄, 陳寶春, 黃宛昆 申請人:福州大學