一种大风环境下基准索股线形的测试方法与流程

1.本发明涉及悬索桥索股架设测量领域。更具体地说，本发明涉及一种大风环境下基准索股线形的测试方法。


背景技术：

2.主缆是悬索桥的主要承重构件，也是悬索桥的生命线。悬索桥在架设各个阶段中消除各种施工误差是比较困难，主缆一旦架设完成，就无法再调整其长度，因此必须在架设前对主缆进行准确地计算，以及在索股架设过程中严格控制，才能得到理想的主缆线形。而基准索股线形是主缆架设过程中的关键一环，其精度直接决定着主缆线形精度，因而基准索股线形测试方法与精度显得格外重要。
3.传统的基准索股线形测试方法如下：在岸上设置测试基准点，在基准索股跨中处布置棱镜，将全站仪架设在岸上一点，后视岸上基准控制点，再瞄准布置在基准索股上的棱镜，即可测试基准索股跨中标高。这种方法依赖于良好的测量环境，即测点无遮挡、风速小、无雨雾等，而在山谷、台风区、大雾等恶劣环境下，则会出现无法测试或精度太差的问题。
4.目前，部分大跨度悬索桥桥址处常年处于6～7级风环境下，基准索股入鞍后调索工作无法进行，直到满足良好的测试环境方可进行。因而，亟需寻找一种大风环境下基准索股线形测试方法，以解决上述测试方法中存在的缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是提供一种大风环境下基准索股线形的测试方法，针对传统的悬索桥基准索股标高测试方法的缺陷与不足，提供一种基准索股标高间接测量法，即通过测试基准索股沿缆横向摆幅和跨中索股横向偏角，并采用相应的算法，得到无风状态下基准索股跨中的实际标高。
6.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种大风环境下基准索股线形的测试方法，包括在大风环境下，通过在基准索股上布设光纤传感器和倾角传感器，测试基准索股沿缆横向摆幅和跨中处基准索股横向倾角，并通过计算，得到无风状态下基准索股跨中的实际标高，从而得到基准索股线形。
7.优选的是，具体步骤包括：
8.步骤1：基准索股牵引完成后，在各跨上均布置一根光纤传感器，同时在各跨中均布置一个倾角传感器，将光纤传感器和倾角传感器均沿索股固定在基准索股的顶面，各光纤传感器分别用于监测基准索股各跨在有风环境下的横向摆幅，各倾角传感器分别用于监测基准索股各跨跨中处在横向摆动时的横向倾角；
9.步骤2：基准索股整形入鞍后且未进行调索时，在悬索桥桥塔的塔顶处安装与各跨上的光纤传感器接头分别一一对应连接的多个光时域反射仪，并进行测试系统的调试工作，以检查光纤传感器是否完好，同时进行数据初始化，各倾角传感器也连接至光时域反射仪；
10.步骤3：夜间进行基准索股架设时，采集任一时刻段t1～t2有风状态下的各跨上的光纤传感器和倾角传感器的时域信号数据，其中t2‑
t1≤10min，根据光时域反射仪内部调制器解调算法解调出基准索股的横向倾角[θ1、θ2…
θ
n
]和横向摆幅[h1、h2…
h
n
]；
[0011]
步骤4：根据上述横向倾角[θ1、θ2…
θ
n
]和横向摆幅[h1、h2…
h
n
]，采用数值解法，得到跨中垂度f
i
＝h
i
/sin(θ
i
)(i＝1,2
……
n)；
[0012]
步骤5：对于任意时刻t
i
(t1≤t
i
≤t2)下跨中垂度f
i
(i＝1,2
……
n)，令最优的垂度f0，采用最小二乘算法得到最小时的最优的垂度值f0，根据各跨两侧的悬索桥桥塔左支点设计标高y
l
和右支点设计标高y
r
可换算出基准索股各跨跨中的标高y0＝(y
l
+y
r
)/2
‑
f0，即得到现场实际的基准索股线形。
[0013]
优选的是，所述光纤传感器为分布式光纤传感器。
[0014]
优选的是，所述光纤传感器通过缠丝带和胶带沿索股固定于基准索股的顶面。
[0015]
优选的是，所述倾角传感器通过缠丝带或螺杆沿索股固定于基准索股的顶面。
[0016]
本发明至少包括以下有益效果：
[0017]
本发明的测试方法突破了传统的全站仪直接测量法的局限性，通过测试在有风状态下基准索股沿缆横向摆幅和跨中索股横向偏角，并采用相应的算法，得到无风状态下基准索股跨中的标高，解决了大风环境下基准索股标高无法测量或精度太差的难题，提高了基准索股架设工效与精度。
[0018]
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0019]
图1为本发明的悬索桥基准索股标高间接测量的示意图；
[0020]
图2为本发明的第一光纤和第二光纤的安装位置示意图；
[0021]
图3为本发明在有风状态下基准索股垂度计算示意图；
[0022]
图4为本发明在无风状态下基准索股跨中标高计算示意图。
[0023]
附图标记说明：
[0024]
1、悬索桥桥塔，2、基准索股，3、光纤传感器，4、倾角传感器，5、光时域反射仪。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0026]
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0027]
实施例
[0028]
如图1至4所示，本发明采用分布式光纤传感器3来测试基准索股2沿缆横向摆幅和跨中索股横向偏角，并采用相应的算法，得到无风状态下基准索股2跨中的实际标高，具体包括以下步骤：
[0029]
步骤1：基准索股2牵引完成后，在各跨均沿缆布置一根分布式光纤传感器3，采用缠丝带与专用胶带将分布式光纤传感器3沿索股固定在基准索股2的顶面；所述分布式光纤传感器3用于监测基准索股2在有风环境下左边跨、中跨与右边跨的横向振动情况。在各跨中均布置一个倾角传感器4，采用缠丝带或专用螺杆将其固定在基准索股2的顶面；所述倾角传感器4则用于监测基准索股2在有风环境下左边跨、中跨与右边跨跨中处的横向摆动时的倾角情况。各结构的布置如图1和图2所示。
[0030]
步骤2：基准索股2整形入鞍后且未进行调索时，在悬索桥桥塔1的塔顶处安装光时域反射仪5(包含光发射机、光接收器、声光调制器、数据采集卡等)与光纤传感器3接头相连，并进行测试系统的调试工作，通过光纤解调器对光纤进行调试，以便检查光纤传感器3完好情况，同时进行数据初始化；光时域反射仪5还与倾角传感器4连接，用于获取倾角传感器4监测的数据。
[0031]
步骤3：夜间进行基准索股2架设时，采集任一小时刻段t1～t2(宜取t2‑
t1≤10min)有风状态下的分布式光纤传感器3和倾角传感器4的时域信号数据，根据调制器解调算法解调出基准索股2的横向倾角[θ1、θ2…
θ
n
]和横向摆幅[h1、h2…
h
n
](n具体由采样频率确定)，如图3所示。
[0032]
步骤4：根据上述横向倾角[θ1、θ2…
θ
n
]和横向摆幅[h1、h2…
h
n
]，采用数值解法，可得到跨中垂度f
i
＝h
i
/sin(θ
i
)(i＝1,2
……
n)。
[0033]
步骤5：对于任意时刻t
i
(t1≤t
i
≤t2)下跨中垂度f
i
(i＝1,2
……
n)，令最优的垂度f0，采用最小二乘算法得到最小时的最优的垂度值f0。根据左支点设计标高y
l
和右支点y
r
，如图4所示，可换算出基准索股2跨中的标高y0＝(y
l
+y
r
)/2
‑
f0，即得到现场实际的基准索股2线形。
[0034]
步骤6：按照上述步骤1～5，即可完成两边跨基准索股2跨中标高测试工作。
[0035]
将上述实施例中的测试方法运用到某主跨320m悬索桥中，得到的基准索股线形与常规全站仪测试方法得到的线形进行比对，可以得到本方法测试的精度，如下表1所示，其测试精度在
±
2mm范围内，可满足现场基准索股线形测试需求。
[0036][0037]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。