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一种确定大跨桥梁结构主梁横向静位移的方法
【专利摘要】本发明公开了一种确定大跨桥梁结构主梁横向静位移的方法，包括如下步骤：步骤（1）：采集主梁跨中GPS位移和三维风场监测数据；步骤（2）：对监测数据进行矢量分解和均值处理，得到横向静位移和横向静风速数据；步骤（3）：利用3阶傅里叶级数拟合受横向静风速干预的横向静位移主相关成分；步骤（4）：利用均值-方差模型拟合横向静位移离散成分；步骤（5）：最终确定大跨桥梁结构主梁构件的拟合横向静位移。本发明是在监测数据的基础上采用数学建模方法，可以更加准确地确定大跨桥梁结构主梁构件的横向静位移。
【专利说明】一种确定大跨桥梁结构主梁横向静位移的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于大跨桥梁结构构件的荷载效应分析领域，涉及一种确定大跨桥梁结构构件荷载效应的方法，具体来说，涉及一种确定大跨桥梁结构主梁横向静位移的方法。
【背景技术】
[0002]缆索承重的大跨桥梁结构体系在桥梁设计类型中已被广泛采用，由于其轻柔特性主梁构件在受到较大风载时会出现明显的横向位移响应，根据许福友等人对苏通大桥主梁的静风响应研究，主梁构件在受到40m/s的静风速时跨中位置的横向静位移会达到1.2m。这一横向位移尺寸严重影响到大跨桥梁结构在运营期间的正常使用和安全性能。因此研究大跨桥梁结构在静风响应下主梁跨中横向静位移大小，具有积极意义。[0003]目前各国研究人员已经在理论推导、有限元模拟和风洞试验方面对静风响应下的主梁跨中横向静位移进行了一定程度研究，例如程进等人提出了一种静风稳定计算方法并计算得到虎门大桥在临界静风速下的主梁横向静位移最大值为4.24m ;龙晓鸿等人通过ANSYS有限元模拟得出四渡河悬索桥主梁跨中最大横向静位移值为10.72cm。然而，由于风载激励对主梁横向位移影响机制的本身复杂性，使得传统的理论推导、有限元模拟和风洞试验存在初始参数赋值偏差、初始边界条件设定偏差以及次要影响因素的不恰当忽略等，很难真实反映大跨桥梁结构在实际运营状态下受静风作用的横向静位移大小。
[0004]近年来随着大跨桥梁健康监测技术发展，可以在结构构件上安装监测仪器来直接获取大跨桥梁结构在真实环境下的环境荷载和荷载响应监测数据，从而有效避免传统的理论推导、有限元模拟和风洞试验存在初始参数赋值偏差、初始边界条件设定偏差以及次要影响因素的不恰当忽略的问题。但目前针对主梁构件横向静位移这一部分的监测与分析工作甚少，主梁构件横向静位移在真实环境条件下的变化规律仍然未知，尚未有研究提出一种确定大跨桥梁结构在真实环境条件下的主梁横向位移的方法。

【发明内容】

[0005]技术问题:本发明提出一种可以准确反映主梁构件横向静位移和静力风速之间的规律，利用监测数据确定大跨桥梁结构主梁横向静位移的方法。
[0006]技术方案:本发明的一种确定大跨桥梁结构主梁构件横向静位移的方法，包括如下步骤:
[0007]步骤(1):采集主梁跨中GPS位移和三维风场监测数据:
[0008]在大跨桥梁的主梁跨中处安装GPS位移监测站和三维超声风速仪，对此处位移向量u(t)及风向量v(t)进行实时监测并以时间序列存储，其中v(t) = [^(t)，a (t), β (t)]，u(t) = [ux(t),uy(t),uz(t)], vr(t), a (t), β (t)分别为三维超声风速仪采集到的绝对风速、风攻角与风向角，ux (t)，uy (t)，uz (t)分别为GPS位移监测站采集到的GPS坐标系下的三轴方向位移，t表示时间，t=l, 2，...，L,单位为秒，L表示时间长度；
[0009]步骤(2):对监测数据进行矢量分解和均值处理，得到横向静位移序列Um(k)和横向静风速序列Vm (k)；
[0010]步骤(3):利用3阶傅里叶级数拟合受横向静风速序列Vm(k)干预的横向静位移主相关成分，具体流程为:
[0011]首先将横向静位移序列Um(k)和横向静风速序列Vm(k)代入以下3阶傅里叶级数表达式:
[0012]
【权利要求】
1.一种确定大跨桥梁结构主梁横向静位移的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 步骤(1):采集主梁跨中GPS位移和三维风场监测数据: 在大跨桥梁的主梁跨中处安装GPS位移监测站和三维超声风速仪，对此处位移向量u(t)及风向量v(t)进行实时监测并以时间序列存储，其中v(t) = [^(t)，a (t), β (t)]，u(t) = [ux(t),uy(t),uz(t)], vr(t), a (t), β (t)分别为三维超声风速仪采集到的绝对风速、风攻角与风向角，ux (t)，uy (t)，uz (t)分别为GPS位移监测站采集到的GPS坐标系下的三轴方向位移，t表示时间，t=l, 2，...，L,单位为秒，L表示时间长度； 步骤(2):对监测数据进行矢量分解和均值处理，得到横向静位移序列Um(k)和横向静风速序列￥?>00 ； 步骤(3):利用3阶傅里叶级数拟合受横向静风速序列Vm(k)干预的横向静位移主相关成分，具体流程为: 首先将横向静位移序列um (k)和横向静风速序列Vm (k)代入以下3阶傅里叶级数表达式:

2.如权利要求1所述的一种确定大跨桥梁结构主梁横向静位移的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的时间长度L至少为I个月，且为600秒的整数倍。
3.如权利要求1 所述的一种确定大跨桥梁结构主梁横向静位移的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的滞后期I至少为20。
4.如权利要求1、2或3所述的一种确定大跨桥梁结构主梁横向静位移的方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体流程为: 首先利用下式对GPS位移监测数据进行矢量分解，得到横向位移时程I (t): ur (t) =ux (t).sin ( Y ) -uy (t).cos ( Y ) 式中Y表示GPS坐标系中的X轴与主梁纵向轴线的夹角； 利用下式对三维风场监测数据进行矢量分解，得到横向风速时程Vh(t):
vh(t)=vr(t).cos(a (t)).sin(3 (t)) 然后将L划分为η个10分钟时间段，利用下式计算横向位移时程I!,(t)在每个IOmin时间段内的平均值，得到横向静位移序列Um(k):
【文档编号】G01M9/00GK103900784SQ201410149343
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】丁幼亮, 王高新, 谢辉, 宋永生 申请人:东南大学