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一種確定大跨橋梁結構主梁橫向靜位移的方法
【專利摘要】本發明公開了一種確定大跨橋梁結構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位移和三維風場監測數據；步驟（2）：對監測數據進行矢量分解和均值處理，得到橫向靜位移和橫向靜風速數據；步驟（3）：利用3階傅里葉級數擬合受橫向靜風速干預的橫向靜位移主相關成分；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構主梁構件的擬合橫向靜位移。本發明是在監測數據的基礎上采用數學建模方法，可以更加準確地確定大跨橋梁結構主梁構件的橫向靜位移。
【專利說明】一種確定大跨橋梁結構主梁橫向靜位移的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于大跨橋梁結構構件的荷載效應分析領域，涉及一種確定大跨橋梁結構構件荷載效應的方法，具體來說，涉及一種確定大跨橋梁結構主梁橫向靜位移的方法。
【背景技術】
[0002]纜索承重的大跨橋梁結構體系在橋梁設計類型中已被廣泛采用，由于其輕柔特性主梁構件在受到較大風載時會出現明顯的橫向位移響應，根據許福友等人對蘇通大橋主梁的靜風響應研究，主梁構件在受到40m/s的靜風速時跨中位置的橫向靜位移會達到1.2m。這一橫向位移尺寸嚴重影響到大跨橋梁結構在運營期間的正常使用和安全性能。因此研究大跨橋梁結構在靜風響應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在理論推導、有限元模擬和風洞試驗方面對靜風響應下的主梁跨中橫向靜位移進行了一定程度研究，例如程進等人提出了一種靜風穩定計算方法并計算得到虎門大橋在臨界靜風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，由于風載激勵對主梁橫向位移影響機制的本身復雜性，使得傳統的理論推導、有限元模擬和風洞試驗存在初始參數賦值偏差、初始邊界條件設定偏差以及次要影響因素的不恰當忽略等，很難真實反映大跨橋梁結構在實際運營狀態下受靜風作用的橫向靜位移大小。
[0004]近年來隨著大跨橋梁健康監測技術發展，可以在結構構件上安裝監測儀器來直接獲取大跨橋梁結構在真實環境下的環境荷載和荷載響應監測數據，從而有效避免傳統的理論推導、有限元模擬和風洞試驗存在初始參數賦值偏差、初始邊界條件設定偏差以及次要影響因素的不恰當忽略的問題。但目前針對主梁構件橫向靜位移這一部分的監測與分析工作甚少，主梁構件橫向靜位移在真實環境條件下的變化規律仍然未知，尚未有研究提出一種確定大跨橋梁結構在真實環境條件下的主梁橫向位移的方法。

【發明內容】

[0005]技術問題:本發明提出一種可以準確反映主梁構件橫向靜位移和靜力風速之間的規律，利用監測數據確定大跨橋梁結構主梁橫向靜位移的方法。
[0006]技術方案:本發明的一種確定大跨橋梁結構主梁構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位移和三維風場監測數據:
[0008]在大跨橋梁的主梁跨中處安裝GPS位移監測站和三維超聲風速儀，對此處位移向量u(t)及風向量v(t)進行實時監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)分別為三維超聲風速儀采集到的絕對風速、風攻角與風向角，ux (t)，uy (t)，uz (t)分別為GPS位移監測站采集到的GPS坐標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):對監測數據進行矢量分解和均值處理，得到橫向靜位移序列Um(k)和橫向靜風速序列Vm (k)；
[0010]步驟(3):利用3階傅里葉級數擬合受橫向靜風速序列Vm(k)干預的橫向靜位移主相關成分，具體流程為:
[0011]首先將橫向靜位移序列Um(k)和橫向靜風速序列Vm(k)代入以下3階傅里葉級數表達式:
[0012]
【權利要求】
1.一種確定大跨橋梁結構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位移和三維風場監測數據: 在大跨橋梁的主梁跨中處安裝GPS位移監測站和三維超聲風速儀，對此處位移向量u(t)及風向量v(t)進行實時監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)分別為三維超聲風速儀采集到的絕對風速、風攻角與風向角，ux (t)，uy (t)，uz (t)分別為GPS位移監測站采集到的GPS坐標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):對監測數據進行矢量分解和均值處理，得到橫向靜位移序列Um(k)和橫向靜風速序列￥?>00 ； 步驟(3):利用3階傅里葉級數擬合受橫向靜風速序列Vm(k)干預的橫向靜位移主相關成分，具體流程為: 首先將橫向靜位移序列um (k)和橫向靜風速序列Vm (k)代入以下3階傅里葉級數表達式:

2.如權利要求1所述的一種確定大跨橋梁結構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秒的整數倍。
3.如權利要求1 所述的一種確定大跨橋梁結構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.如權利要求1、2或3所述的一種確定大跨橋梁結構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位移監測數據進行矢量分解，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坐標系中的X軸與主梁縱向軸線的夾角； 利用下式對三維風場監測數據進行矢量分解，得到橫向風速時程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 優先權日:2014年4月14日
【發明者】丁幼亮, 王高新, 謝輝, 宋永生 申請人:東南大學