本申請涉及斜拉橋施工，特別涉及一種基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在斜拉橋施工及運營過程中，斜拉索的索力測試至關(guān)重要，斜拉索索力不僅直接關(guān)系橋梁線形，而且索力分布健康與否極大的影響著斜拉索使用壽命，因此對于斜拉橋，索力測試直接關(guān)系著工程質(zhì)量。

2、如今斜拉橋跨度不斷刷新記錄，例如主跨1208m的某大橋，其最長斜拉索已超過了600m，相比于中小跨度斜拉橋，超長索的索力測試面臨著巨大挑戰(zhàn)。

3、索力測試通常采用頻率法，頻率法是基于弦振動理論得出的，其基本原理是一個張緊的弦，其拉力與自振頻率之間存在明確的映射關(guān)系。對于超長索來說，自重下索形為懸鏈線，存在很大垂度，與弦振動理論的基本假定存在顯著差異。

4、頻率法測超長斜拉索索力存在下列不足：

5、(1)采用拾振器進行采集自振頻率時，僅可拾取端部振動信息，端部受索導(dǎo)管、錨具等干擾影響較大，對振型選取有很高要求。

6、(2)采用雷達法或激光法識別斜拉索自振頻率時，超長斜拉索所處環(huán)境復(fù)雜，存在一定復(fù)模態(tài)效應(yīng)，識別效果受環(huán)境影響較大。

7、(3)超長斜拉索均需安裝阻尼器，安裝阻尼器后斜拉索振幅大幅減小，且對自振模態(tài)存在顯著影響，采用頻率法測定索力存在較大誤差。

8、(4)頻率法僅能測得一個名義索力，無法判定索力位置，對于垂度效應(yīng)顯著的超長索，其塔端與梁端索力存在較大差異，頻率法無法對特定位置索力進行測定。

9、因此對于超長斜拉索，采用頻率法測定索力存在一定不足。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請實施例提供一種基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別方法及系統(tǒng)，以解決相關(guān)技術(shù)中頻率法測定索力存在誤差較大的問題。

2、第一方面，提供了一種基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別方法，其包括如下步驟：

3、測量斜拉索上各個測點的三維坐標；

4、由各所述測點的三維坐標，換算出各個所述測點對應(yīng)于斜拉索索體中心線位置處的映射點在豎直平面內(nèi)的二維坐標；

5、采用非線性優(yōu)化求解算法對各所述映射點的二維坐標進行懸鏈線擬合，得到懸鏈線的線形參數(shù)；

6、基于線形參數(shù)、斜拉索單位長度重量和斜拉索任意位置的傾角，獲得斜拉索任意位置的索力。

7、一些實施例中，在測量斜拉索上各個測點的三維坐標之前，所述方法還包括：

8、在斜拉索的索體上以一定間距設(shè)置多個測點；

9、將所述斜拉索安裝至橋梁上。

10、一些實施例中，相鄰兩個所述測點的間距為10m～50m。

11、一些實施例中，所述測點的數(shù)量至少設(shè)置有10個。

12、一些實施例中，由各所述測點的三維坐標，推算出各個所述測點對應(yīng)于斜拉索索體中心線位置處的映射點在豎直平面內(nèi)的二維坐標，具體包括：

13、將各所述測點的三維坐標換算成各個所述測點對應(yīng)于斜拉索索體中心線位置處的映射點的三維坐標；

14、對各個所述映射點進行整體旋轉(zhuǎn)，直至所有的映射點位于豎直平面內(nèi)，以獲得各個所述映射點的二維坐標。

15、一些實施例中，對各個所述映射點進行整體旋轉(zhuǎn)，具體包括：

16、將各個所述映射點的三維坐標進行整體平移，使得其中一個映射點平移至坐標系中的原點，得到各個所述映射點的平移三維坐標，并將該映射點記為第一點；

17、將各個所述映射點的平移三維坐標繞坐標系中的z軸整體旋轉(zhuǎn)，直至另外一個映射點位于xz豎直平面或者yz豎直平面內(nèi)，得到各個所述映射點的旋轉(zhuǎn)三維坐標，并將該映射點記為第二點；

18、將各個所述映射點的旋轉(zhuǎn)三維坐標繞第一點與第二點連線整體旋轉(zhuǎn)，直至所有映射點的旋轉(zhuǎn)三維坐標中的y坐標或x坐標小于預(yù)設(shè)值。

19、一些實施例中，沿著斜拉索的索體長度方向?qū)Ω鱾€映射點進行排序，所述第一點為所有映射點中的第一個或最后一個，所述第二點為所有映射點中的最后一個或第一個。

20、一些實施例中，所述豎直平面為坐標系中的xz豎直平面，采用非線性優(yōu)化求解算法對各所述映射點的二維坐標進行懸鏈線擬合，得到懸鏈線的線形參數(shù)，具體包括：

21、構(gòu)建懸鏈線方程：

22、設(shè)定優(yōu)化目標t：

23、采用非線性優(yōu)化求解算法，計算優(yōu)化目標t取最小值時的線形參數(shù)α；

24、其中，x0和z0為所述懸鏈線方程平移到與懸鏈線標準方程重合時x軸和z軸移動的距離，線形參數(shù)α為懸鏈線標準方程中曲線頂點到橫坐標軸的距離；xi和zi為第i個測點對應(yīng)的映射點的二維坐標，n為測點的總數(shù)。

25、一些實施例中，所述豎直平面為坐標系中的yz豎直平面，采用非線性優(yōu)化求解算法對各所述映射點的二維坐標進行懸鏈線擬合，得到懸鏈線的線形參數(shù)，具體包括：

26、構(gòu)建懸鏈線方程：

27、設(shè)定優(yōu)化目標t：

28、采用非線性優(yōu)化求解算法，計算優(yōu)化目標t取最小值時的線形參數(shù)α；

29、其中，y0和z0為所述懸鏈線方程平移到與懸鏈線標準方程重合時y軸和z軸移動的距離，線形參數(shù)α為懸鏈線標準方程中曲線頂點到橫坐標軸的距離；yi和zi為第i個測點對應(yīng)的映射點的二維坐標，n為測點的總數(shù)。

30、第二方面，提供了一種基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別系統(tǒng)，其包括：

31、第一模塊，其用于接收測量得到的斜拉索上各個測點的三維坐標；

32、第二模塊，其用于由各所述測點的三維坐標，換算出各個所述測點對應(yīng)于斜拉索索體中心線位置處的映射點在豎直平面內(nèi)的二維坐標；

33、第三模塊，其用于采用非線性優(yōu)化求解算法對各所述映射點的二維坐標進行懸鏈線擬合，得到懸鏈線的線形參數(shù)；

34、第四模塊，其用于基于線形參數(shù)、斜拉索單位長度重量和斜拉索任意位置的傾角，獲得斜拉索任意位置的索力。

35、本申請?zhí)峁┑募夹g(shù)方案帶來的有益效果包括：

36、不同于常規(guī)方法基于弦振動理論，與超長索存在本質(zhì)區(qū)別，本申請實施例提供的索力識別方法是基于懸鏈線擬合，與斜拉索基本理論完全一致，利用超長索垂度大的特征，通過多個離散測點數(shù)據(jù)擬合懸鏈線方程，對于測量誤差有很好的適應(yīng)性，提高了索力識別精度，可見，本申請可有效解決常規(guī)頻率法對于超長斜拉索索力測量的不適用性，實現(xiàn)超長索索力的快速識別。

技術(shù)特征：

1.一種基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別方法，其特征在于，其包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別方法，其特征在于，在測量斜拉索上各個測點的三維坐標之前，所述方法還包括：

3.如權(quán)利要求1所述的基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別方法，其特征在于：相鄰兩個所述測點的間距為10m～50m。

4.如權(quán)利要求1所述的基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別方法，其特征在于：所述測點的數(shù)量至少設(shè)置有10個。

5.如權(quán)利要求1所述的基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別方法，其特征在于，由各所述測點的三維坐標，推算出各個所述測點對應(yīng)于斜拉索索體中心線位置處的映射點在豎直平面內(nèi)的二維坐標，具體包括：

6.如權(quán)利要求5所述的基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別方法，其特征在于，對各個所述映射點進行整體旋轉(zhuǎn)，具體包括：

7.如權(quán)利要求6所述的基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別方法，其特征在于：

8.如權(quán)利要求1所述的基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別方法，其特征在于：

9.如權(quán)利要求1所述的基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別方法，其特征在于：

10.一種基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別系統(tǒng)，其特征在于，其包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種基于懸鏈線擬合的斜拉索索力識別方法及系統(tǒng)，測量斜拉索上各個測點的三維坐標；由各測點的三維坐標，換算出各個測點對應(yīng)于斜拉索索體中心線位置處的映射點在豎直平面內(nèi)的二維坐標；采用非線性優(yōu)化求解法對各映射點的二維坐標進行懸鏈線擬合，得到懸鏈線的線形參數(shù)；基于線形參數(shù)、斜拉索單位長度重量和斜拉索任意位置的傾角，獲得斜拉索任意位置的索力。本申請索力識別方法是基于懸鏈線擬合，與斜拉索基本理論完全一致，利用超長索垂度大的特征，通過多個離散測點數(shù)據(jù)擬合懸鏈線方程，對于測量誤差有很好的適應(yīng)性，提高了索力識別精度，本申請可有效解決常規(guī)頻率法對于超長斜拉索索力測量的不適用性，實現(xiàn)超長索索力的快速識別。

技術(shù)研發(fā)人員：韓若愚,王強,梅大鵬,蔣凡,苑仁安,周子明,索小燦,鄧發(fā)杰,汪珍,王哲堯,邢龍飛,湯港歸
受保護的技術(shù)使用者：中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2