(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210450349.X (22)申请日 2022.04.24 (71)申请人 河海大学 地址 210024 江苏省南京市 鼓楼区西康路1 号 申请人 苏交科集团股份有限公司 　 华设设计集团股份有限公司 　 华设检测科技有限公司 (72)发明人 曹茂森　张鑫　 德拉霍米尔 ·诺瓦克　李帅　 钱向东　章世祥　胡帅涛　朱凯　 (74)专利代理 机构 西安铭泽知识产权代理事务 所(普通合伙) 61223 专利代理师 韩晓娟(51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种同时考虑垂度倾角 抗弯刚度的斜拉索 索力计算方法 (57)摘要 本发明涉及桥梁结构健康监测与安全养护 技术领域， 公开了一种同时考虑垂度倾角抗弯刚 度的斜拉索索力计算方法， 包括以下步骤： 根据 设计资料或施工资料， 查阅斜拉索的基本参数； 考虑斜拉索垂度、 倾角θ以及抗弯刚度EI的影 响， 计算斜拉索的无量纲参数γ,ε和λ2； 通过 加速度传感器测试斜拉索的加速度响应， 识别斜 拉索加速度响应的频率ω， 进而计算拉索的无量 纲频率 以及无量纲参数γ,ε,λ2后将拉索的 无量纲频率 代入斜拉索的振动特征方程， 建立 斜拉索无量纲频率 与索力H*的函数关系式； 求 解振动特征方程的根， 并以此识别斜拉索索力 H*， 这种计算方法， 同时考虑了垂度、 倾角及抗弯 刚度， 提高了用基频计算 斜拉索索力的精度。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114741767 A 2022.07.12 CN 114741767 A 1.一种同时考虑垂度倾角抗弯刚度的斜拉索索力计算方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤一、 根据设计资料或施工资料， 查阅斜拉索的基本参数； 步骤二、 根据斜拉索垂度、 倾角 θ 以及抗弯刚度EI， 计算斜拉索的无量纲参数γ, ε和 λ2， 其中参数γ是与抗弯刚度EI有关的无量纲参数， 参数ε是与倾角 θ有关的无量纲参数， 参数 λ2是与垂度有关的无量纲参数； 步骤三、 通过加速度传感器测试斜拉索的加速度响应， 识别斜拉索加速度响应的频率 ω， 进而计算拉索的无量纲频率 其计算公式为： 其中， m为 斜拉索单位长度质量， l 为斜拉索的长度； 步骤四、 将无量纲参数γ, ε, λ2和拉索的无量纲频率 代入斜拉索的振动特征方程， 建 立斜拉索无量纲频率 与索力H*的函数关系式； 步骤五、 斜拉索其各阶无量纲频率均用于计算索力H*， 求解振动特征方程的根， 并以此 识别斜拉索 索力H*。 2.如权利要求1所述的同时考虑垂度倾角抗弯刚度的斜拉索索力计算方法， 其特征在 于， 所述步骤一中斜拉索的基本参数包括： 索长l， 单位长度质量m， 倾角 θ和抗弯刚度EI。 3.如权利要求2所述的同时考虑垂度倾角抗弯刚度的斜拉索索力计算方法， 其特征在 于， 所述计算 斜拉索影响的无量纲参数γ, ε和 λ2的计算公式如下： ε＝ξ sinθ 式中， H*≈H/cosθ表示斜拉索索力， H表示斜拉索索力的水平分量， ξ＝mgl/H*表示惯性 力与斜拉索索力比值的无量纲参数， g表示重力加速度， 表示斜拉索在张力 作用下原始长度与张拉后长度相比的无量纲参数， δ＝EA/H*表示轴向抗拉刚度EA与索力的 比值的无量纲参数； 无量纲参数γ, ε和 λ2分别为索长l， 单位长度质量m， 斜拉索索力H*， 抗拉刚度EA， 倾角 θ 和抗弯刚度EI的函数， 即γ＝γ(l,H*,EI), ε＝ ε(m,l,H*, θ )， λ＝ λ(EA,H*,m,l)。 4.如权利要求3所述的同时考虑垂度倾角抗弯刚度的斜拉索索力计算方法， 其特征在 于， 所述建立 斜拉索无量纲频率 与索力H*的函数关系式为： 式中， 是水平拉索频率方程的特征根， 是 控制索力的高阶非线性项， 是 无量纲参数γ和无量纲频率 的函数， 其具体 计算公式为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114741767 A 2因此， 频率特 征方程建立了斜拉索 索力H*和无量纲频率 的函数关系， 即 5.如权利要求4所述的同时考虑垂度倾角抗弯刚度的斜拉索索力计算方法， 其特征在 于， 通过信赖域狗腿法求解 的根， 识别出无量纲频率 即求解出 斜拉索索力H*。 6.如权利要求4所述的同时考虑垂度倾角抗弯刚度的斜拉索索力计算方法， 其特征在 于， 对于特定的拉索， 步骤四频率特征方程中抗拉刚度EA， 单位长度质量m， 索长l， 抗弯刚度 EI以及倾角 θ 皆为常数， 因此斜拉索 索力H*由无量纲频率 唯一确定 。 7.如权利要求1所述的同时考虑垂度倾角抗弯刚度的斜拉索索力计算方法， 其特征在 于， 所述步骤三通过加速度传感器测试斜拉索的加速度响应， 具体过程为： 在拉索跨中段附 近布设振弦式加速度响应传感器， 测试环境激励下拉索的加速度响应， 加速度信号转化为 电信号传出， 经数据采集仪由网线传输至工作外站， 工作外站汇总 数据后将数据文件远程 传回数据库储 存。 8.如权利要求7所述的同时考虑垂度倾角抗弯刚度的斜拉索索力计算方法， 其特征在 于， 所述振弦式加速度响应传感器采用DH 610J型电压 输出型加速度传感器。 9.如权利要求1所述的同时考虑垂度倾角抗弯刚度的斜拉索索力计算方法， 其特征在 于， 所述步骤五中其各阶无量纲频率采用傅 立叶变换识别斜拉索的各阶无量纲频率。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114741767 A 3