【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于索结构桥梁监测领域，具体涉及一种拉索索力获取方法、系统、设备及介质。
技术介绍
1、拉索作为一种高性能、高利用率的桥梁结构构件，在斜拉桥、系杆拱桥、悬索桥等工程结构中得到了广泛而有效的应用。拉索为主要载荷构件，其张力将直接影响工程结构中的内力分布及线形，对结构的安全性和使用寿命起决定性作用，因此，拉索索力的精确量测对于桥梁的健康状况尤其重要。
2、目前，通常采用频率法获取拉索的索力，具体是在环境振动或强制激励的条件下利用精密振动拾取器捕捉缆索的振动信号，通过对信号的过滤分析得到拉索的自振频率，利用简单弦理论公式间接推算出索力。然而简单弦理论公式未考虑拉索的边界条件等因素对索力的影响，导致索力计算误差较大。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种拉索索力获取方法，包括如下步骤：
2、采集拉索的振动信号，通过频谱分析对振动信号进行分析得到拉索的自振频率；
3、将拉索等效为等截面圆杆，获取拉索的尺寸参数及物理参数，根据拉索的尺寸参数及物理参数构建拉索的弯矩方程；根据所述弯矩方程定义拉索在复杂边界条件下的虚拟转角及挠曲线方程，根据能量守恒原理建立角频率与索力的第一关系方程，并结合虚拟转角及挠曲线方程对所述第一关系方程进行转化，得到转角系数与索力的第二关系方程，其中，所述复杂边界条件指的是所述复杂边界条件指的是拉索两端均为弹性转动连接状态，所述弹性转动连接指的是在一定程度上允许构件产生转角的同时保持结构整体刚度
4、将自振频率和转角系数输入第二关系方程，得到拉索的索力值。
5、优选的，所述挠曲线方程通过如下步骤获取：
6、根据弯矩方程确定拉索的挠曲线近似微分方程；
7、对挠曲线近似微分方程进行自变量进行积分，并根据边界条件确定积分后得到的方程的积分常数，将积分常数代入挠曲线近似微分方程，得到挠曲线方程。
8、优选的，所述根据能量守恒原理建立角频率与索力的第一关系方程，包括如下步骤：
9、根据能量守恒原理构建拉索的总动能、总位能、最大动能和最大位能关系式，根据总动能、总位能、最大动能和最大位能的关系式构建能量守恒方程；
10、假设拉索在某一时刻的振动方程，结合所述振动方程及能量守恒方程构建第一关系方程。
11、优选的，所述将自振频率和转角系数输入第二关系方程，得到拉索的索力值，包括如下步骤：
12、定义无量纲参数，根据自振频率计算无量纲参数；
13、将拉索等效为等截面圆形直杆，根据拉索的尺寸参数及物理参数在midas中建立有限元模型，通过设置初始内力得到不同内力作用下的一阶自振频率，分析得到无量纲参数与转角系数之间的函数关系式；
14、将所述无量纲参数输入函数关系式，得到转角系数；
15、将所述无量纲参数和转角系数输入第二关系方程，得到拉索的索力值。
16、优选的，所述第一关系方程为：
17、
18、式中，ω1为一阶角频率，ei为抗弯刚度，t为索力，x为拉索截面某一点距拉索一端的距离，y(x)为在拉索自重q作用下的挠曲函数，m为拉索的线密度。
19、优选的，所述第二关系方程为：
20、
21、式中，ei为抗弯刚度，t为索力，m为拉索的线密度，f1为一阶自振频率，l为索长，η为无量纲参数，a＝3，b＝42×(2880+k2)，c＝10080+168k+k2，d＝12096+216k+k2，k为转角系数。
22、本专利技术还提供有一种拉索的索力获取系统，包括：
23、信号采集模块，用于采集拉索的振动信号，通过频谱分析得到拉索的自振频率；
24、方程构建模块，用于将拉索等效为等截面圆杆，获取拉索的尺寸参数及物理参数，根据拉索的尺寸参数及物理参数构建拉索的弯矩方程；根据所述弯矩方程定义拉索在复杂边界条件下的虚拟转角及挠曲线方程，根据能量守恒原理建立角频率与索力的第一关系方程，并结合虚拟转角及挠曲线方程对所述第一关系方程进行转化，得到转角系数与索力的第二关系方程，其中，所述复杂边界条件指的是拉索两端均为弹性转动连接状态，即在一定程度上允许构件产生转角的同时保持结构整体刚度和承载能力的连接方式；转角系数通过复杂边界条件下的虚拟转角确定；
25、索力值获取模块，用于将所述自振频率和转角系数输入第二关系方程，得到拉索的索力值。
26、本专利技术还提供有一种计算机设备，包括存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于运行所述存储器内的计算机程序，以所述拉索索力获取方法。
27、本专利技术还提供有一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适于处理器进行加载，以执行所述拉索索力获取方法。
28、本专利技术提供的拉索索力获取方法、系统、设备及介质具有以下有益效果：
29、本专利技术根据拉索的尺寸参数及物理参数能够构建拉索的弯矩方程；根据弯矩方程定义拉索在复杂边界条件下的虚拟转角及挠曲线方程，从而能够将转角刚度及实际边界情况考虑进去，模拟拉索在弹性转动约束下的运动状态，为后续索力计算做好准备；通过基于能量守恒原理和频率对索力公式进行推导能够得到转角系数和索力的关系，从而计算出索力；本专利技术基于复杂边界下的索力求解方程计算结果更加精确。
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1.一种拉索索力获取方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的拉索索力获取方法，其特征在于，所述挠曲线方程通过如下步骤获取：
3.根据权利要求1所述的拉索索力获取方法，其特征在于，所述根据能量守恒原理建立角频率与索力的第一关系方程，包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的拉索索力获取方法，其特征在于，所述将自振频率和转角系数输入第二关系方程，得到拉索的索力值，包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的拉索索力获取方法，其特征在于，所述第一关系方程为：
6.根据权利要求1所述的拉索索力获取方法，其特征在于，所述第二关系方程为：
7.一种拉索的索力获取系统，其特征在于，包括：
8.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于运行所述存储器内的计算机程序，以执行权利要求1-6任一项所述的拉索索力获取方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序适于处理器进行加载，以执行权利要求
...【技术特征摘要】
1.一种拉索索力获取方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的拉索索力获取方法，其特征在于，所述挠曲线方程通过如下步骤获取：
3.根据权利要求1所述的拉索索力获取方法，其特征在于，所述根据能量守恒原理建立角频率与索力的第一关系方程，包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的拉索索力获取方法，其特征在于，所述将自振频率和转角系数输入第二关系方程，得到拉索的索力值，包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的拉索索力获取方法，其特征在于，所述第一关系方程为：...
【专利技术属性】
技术研发人员：王天鹏，周欣颖，文志龙，王达，王智丰，李星新，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：
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