一種確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)主梁橫向靜位移的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)主梁橫向靜位移的方法，包括如下步驟：步驟（1）：采集主梁跨中GPS位移和三維風(fēng)場監(jiān)測數(shù)據(jù)；步驟（2）：對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量分解和均值處理，得到橫向靜位移和橫向靜風(fēng)速數(shù)據(jù)；步驟（3）：利用3階傅里葉級數(shù)擬合受橫向靜風(fēng)速干預(yù)的橫向靜位移主相關(guān)成分；步驟（4）：利用均值-方差模型擬合橫向靜位移離散成分；步驟（5）：最終確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)主梁構(gòu)件的擬合橫向靜位移。本發(fā)明是在監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上采用數(shù)學(xué)建模方法，可以更加準(zhǔn)確地確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)主梁構(gòu)件的橫向靜位移。
【專利說明】一種確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)主梁橫向靜位移的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大跨橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的荷載效應(yīng)分析領(lǐng)域，涉及一種確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件荷載效應(yīng)的方法，具體來說，涉及一種確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)主梁橫向靜位移的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]纜索承重的大跨橋梁結(jié)構(gòu)體系在橋梁設(shè)計類型中已被廣泛采用，由于其輕柔特性主梁構(gòu)件在受到較大風(fēng)載時會出現(xiàn)明顯的橫向位移響應(yīng)，根據(jù)許福友等人對蘇通大橋主梁的靜風(fēng)響應(yīng)研究，主梁構(gòu)件在受到40m/s的靜風(fēng)速時跨中位置的橫向靜位移會達(dá)到1.2m。這一橫向位移尺寸嚴(yán)重影響到大跨橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營期間的正常使用和安全性能。因此研究大跨橋梁結(jié)構(gòu)在靜風(fēng)響應(yīng)下主梁跨中橫向靜位移大小，具有積極意義。[0003]目前各國研究人員已經(jīng)在理論推導(dǎo)、有限元模擬和風(fēng)洞試驗方面對靜風(fēng)響應(yīng)下的主梁跨中橫向靜位移進(jìn)行了一定程度研究，例如程進(jìn)等人提出了一種靜風(fēng)穩(wěn)定計算方法并計算得到虎門大橋在臨界靜風(fēng)速下的主梁橫向靜位移最大值為4.24m ;龍曉鴻等人通過ANSYS有限元模擬得出四渡河懸索橋主梁跨中最大橫向靜位移值為10.72cm。然而，由于風(fēng)載激勵對主梁橫向位移影響機(jī)制的本身復(fù)雜性，使得傳統(tǒng)的理論推導(dǎo)、有限元模擬和風(fēng)洞試驗存在初始參數(shù)賦值偏差、初始邊界條件設(shè)定偏差以及次要影響因素的不恰當(dāng)忽略等，很難真實反映大跨橋梁結(jié)構(gòu)在實際運(yùn)營狀態(tài)下受靜風(fēng)作用的橫向靜位移大小。
[0004]近年來隨著大跨橋梁健康監(jiān)測技術(shù)發(fā)展，可以在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上安裝監(jiān)測儀器來直接獲取大跨橋梁結(jié)構(gòu)在真實環(huán)境下的環(huán)境荷載和荷載響應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而有效避免傳統(tǒng)的理論推導(dǎo)、有限元模擬和風(fēng)洞試驗存在初始參數(shù)賦值偏差、初始邊界條件設(shè)定偏差以及次要影響因素的不恰當(dāng)忽略的問題。但目前針對主梁構(gòu)件橫向靜位移這一部分的監(jiān)測與分析工作甚少，主梁構(gòu)件橫向靜位移在真實環(huán)境條件下的變化規(guī)律仍然未知，尚未有研究提出一種確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)在真實環(huán)境條件下的主梁橫向位移的方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明提出一種可以準(zhǔn)確反映主梁構(gòu)件橫向靜位移和靜力風(fēng)速之間的規(guī)律，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)主梁橫向靜位移的方法。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)主梁構(gòu)件橫向靜位移的方法，包括如下步驟:
[0007]步驟(1):采集主梁跨中GPS位移和三維風(fēng)場監(jiān)測數(shù)據(jù):
[0008]在大跨橋梁的主梁跨中處安裝GPS位移監(jiān)測站和三維超聲風(fēng)速儀，對此處位移向量u(t)及風(fēng)向量v(t)進(jìn)行實時監(jiān)測并以時間序列存儲，其中v(t) = [^(t)，a (t), β (t)]，u(t) = [ux(t),uy(t),uz(t)], vr(t), a (t), β (t)分別為三維超聲風(fēng)速儀采集到的絕對風(fēng)速、風(fēng)攻角與風(fēng)向角，ux (t)，uy (t)，uz (t)分別為GPS位移監(jiān)測站采集到的GPS坐標(biāo)系下的三軸方向位移，t表示時間，t=l, 2，...，L,單位為秒，L表示時間長度；
[0009]步驟(2):對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量分解和均值處理，得到橫向靜位移序列Um(k)和橫向靜風(fēng)速序列Vm (k)；
[0010]步驟(3):利用3階傅里葉級數(shù)擬合受橫向靜風(fēng)速序列Vm(k)干預(yù)的橫向靜位移主相關(guān)成分，具體流程為:
[0011]首先將橫向靜位移序列Um(k)和橫向靜風(fēng)速序列Vm(k)代入以下3階傅里葉級數(shù)表達(dá)式:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)主梁橫向靜位移的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟(1):采集主梁跨中GPS位移和三維風(fēng)場監(jiān)測數(shù)據(jù): 在大跨橋梁的主梁跨中處安裝GPS位移監(jiān)測站和三維超聲風(fēng)速儀，對此處位移向量u(t)及風(fēng)向量v(t)進(jìn)行實時監(jiān)測并以時間序列存儲，其中v(t) = [^(t)，a (t), β (t)]，u(t) = [ux(t),uy(t),uz(t)], vr(t), a (t), β (t)分別為三維超聲風(fēng)速儀采集到的絕對風(fēng)速、風(fēng)攻角與風(fēng)向角，ux (t)，uy (t)，uz (t)分別為GPS位移監(jiān)測站采集到的GPS坐標(biāo)系下的三軸方向位移，t表示時間，t=l, 2，...，L,單位為秒，L表示時間長度； 步驟(2):對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量分解和均值處理，得到橫向靜位移序列Um(k)和橫向靜風(fēng)速序列￥?>00 ； 步驟(3):利用3階傅里葉級數(shù)擬合受橫向靜風(fēng)速序列Vm(k)干預(yù)的橫向靜位移主相關(guān)成分，具體流程為: 首先將橫向靜位移序列um (k)和橫向靜風(fēng)速序列Vm (k)代入以下3階傅里葉級數(shù)表達(dá)式:
2.如權(quán)利要求1所述的一種確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)主梁橫向靜位移的方法，其特征在于，所述步驟(1)中的時間長度L至少為I個月，且為600秒的整數(shù)倍。
3.如權(quán)利要求1 所述的一種確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)主梁橫向靜位移的方法，其特征在于，所述步驟(4)中的滯后期I至少為20。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的一種確定大跨橋梁結(jié)構(gòu)主梁橫向靜位移的方法，其特征在于，所述步驟(2)的具體流程為: 首先利用下式對GPS位移監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量分解，得到橫向位移時程I (t): ur (t) =ux (t).sin ( Y ) -uy (t).cos ( Y ) 式中Y表示GPS坐標(biāo)系中的X軸與主梁縱向軸線的夾角； 利用下式對三維風(fēng)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量分解，得到橫向風(fēng)速時程Vh(t):
vh(t)=vr(t).cos(a (t)).sin(3 (t)) 然后將L劃分為η個10分鐘時間段，利用下式計算橫向位移時程I!,(t)在每個IOmin時間段內(nèi)的平均值，得到橫向靜位移序列Um(k):
【文檔編號】G01M9/00GK103900784SQ201410149343
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】丁幼亮, 王高新, 謝輝, 宋永生 申請人:東南大學(xué)
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