斜拉桥索力测试方法及原理综述

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1、斜拉桥索力测试方法及原理综述摘要斜拉索的索力大小直接决定着斜拉桥的工作状态，采用准确的方法进行合理的索力测试是保证斜拉桥顺利施工和安全运营的必要手段。本文针对目前斜拉桥索力测试中常用的方法及其原理进行了阐述和比较，并指出了各种方法的特点和适用场合。关键词斜拉桥索力测试综述SummaryofMethodsandTheoriestoCableForceMeasurementofCable—StayedBridgesAbstractCableforcedecidestheworkingstateofthecable-stayedbridgedirectly.Mea

2、suringthecableforceofthecable-stayedbridgethroughsomeexactmethodistheguaranteetoconstructionandoperation.Thispapersummarisesthemethodsandtheirtheoriesusuallyuesedincableforceofcable-stayedbridgemeasuring.Furthermore,Featuresandtheirapplyingplacesarepointedout.Keywordscable—stayedbr

3、idgescableforcemeasurementsummary斜拉索是斜拉桥的一个重要组成部分，斜拉索的工作状态是斜拉桥是否处于正常状态的主要决定因素，所以，能否对斜拉索索力进行精确的测量，在很大程度上决定着斜拉桥施工的成败和正常的运营。斜拉桥索力测试的方法很多，经过近年来的实践，许多方法已经被淘汰（如“扭力扳手测试法”，误差较大），目前常用的有以下几种：1.压力表测定法目前，斜拉索均使用液压千斤顶张拉。该方法的原理就是根据千斤顶张拉油缸中的液压推算千斤顶的张拉力，并认为千斤顶的张拉力就等于拉索索力。所以，只要通过精密压力表或液压传感器测定油缸的液压，就

4、可求得索力。通常使用0.3~0.5级的精密压力表，并应事先对液压系统进行标定，测得索力的精度可达到1%~2%。压力表测定法简单易行，比较直观、可靠，是施工中控制索力最适用的方法。但该法所用仪器较笨重，移动不便，且经常有油不回零的情况，影响测试精度。并且不适合于已张拉好的斜拉索，如运营中的索力测试。2.压力传感器测定法张拉时，在张拉连杆上粘贴应变片或利用穿心式压力传感器，也可在锚头和锚座之间安装测力传感器，进而通过二次仪表的读数得到千斤顶的张拉力。选择恰当的传感器除可以满足施工控制监测要求外，还可用于桥梁使用过程中的索力测量。这种方法精度可达0.5%~1.0%

5、。压力传感器测定法精度相对较高。但使用时传感器必须与千斤顶配合使用，所以该方法也只限于施工阶段的索力测试。另外，压力传感器售价相当昂贵，只能在特定场合下使用。3.磁通量法用磁通量法测定斜拉桥的索力，国外应用较多，多座实际桥梁结构的安全检测表明效果很好，但我国斜拉桥上采用此法的实例还很少，技术也不够成熟。磁通量法是利用放置在索中的小型电磁传感器，测定磁通量变化，根据索力、温度与磁通量变化的关系，推算索力。该法所用的关键仪器是电磁传感器（E—M传感器），这种传感器由两层线圈组成，除磁化拉索外，它不会影响拉索的力学及物理特性。对任一种铁磁材料，在实验室进行几组应力

6、、温度下的试验，建立磁通量变化与结构应力、温度的关系后，即可用来测定由该种材料制造的拉索索力。铁磁材料磁通量密度B与有效磁场H的关系为：（4）其中：H——有效磁场，，为磁化程度M的函数；B——磁通量密度；——磁通量渗透系数，是应力、温度T、有效磁场H的函数。材料中的应力变化时，磁滞曲线也发生变化。测定磁通量渗透系数就可推算出拉索的应力。4.频率法频率法是依据索力与索的振动频率之间存在对应关系的特点，在已知索长度、两端约束情况、分布质量等参数时，将高灵敏度的拾振器绑在斜拉索上，拾取拉索在环境振动激励下的振动信号，经过滤波、信号放大、A/D转换和频谱分析即可测出

7、斜拉索的自振频率，进而由索力与拉索自振频率之间的关系获得索力。这是一种间接方法。现有仪器及分析手段，测定频率精度可达到0.005Hz。对于张紧的斜拉索，当其垂度的影响忽略不计时，在其无阻尼时的自由振动微分方程为：（1）其中：x为沿索向的坐标；y（x，t）为斜拉索在t时刻垂直于索向的挠度；EI为索的抗弯刚度；t为时间，F为索内拉力，假定沿索均匀分布，并不随时间而变化；m为索单位长度的质量。假定索的两端为铰支，则该微分方程的解为：（2）其中：n为索自振频率的阶数（即拉索长度内的半波个数）；为索的第n阶自振频率（s-1）；l为拉索的自由或挠曲长度。由式（2）可得：

8、（3）这样，在频域里，斜拉索的频谱就是一个个间距逐渐