频率法测斜拉索索力若干关键问题探析

《频率法测斜拉索索力若干关键问题探析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、频率法测斜拉索索力若干关键问题探析　　摘要：斜拉索索力控制是斜拉桥施工控制的灵魂，斜拉索的索力关乎整个桥梁的内力和线形。本文介绍了频率法测试索力的原理，并结合实际项目永川长江大桥，对频率法测索力的一些关键问题进行了探讨。关键词：施工控制；索力测试；频率法中图分类号：TU71文献标识码：A0引言斜拉索作为斜拉桥最重要的结构构件之一，直接承担桥梁荷载，索力决定着整个桥的内力分布和线形。因此，索力是斜拉桥状况评估的重要指标之一。在桥梁施工和使用期限内，随时了解索力的状况十分重要。而索力量测效果将直接对结构的施工质量和施工状态产生影响，要在施工过程中比较准确地了解

2、索力的实际状态，选择适当的量测方法和仪器，并设法消除现场量测中各种因素的影响非常关键。1工程概况6永川长江大桥主桥为桥跨布置64+68×2+608+68×2+64=1008m的七跨连续半漂浮体系双塔混合梁斜拉桥。斜拉索采用平行钢丝斜拉索，索面按扇形布置，每一扇面由19对斜拉索组成，全桥共设76对斜拉索。根据索力的不同，采用PES7-109、PES7-121、PES7-139、PES7-151、PES7-163、PES7-187、PES7-199、PES7-211、PES7-223、PES7-241、PES7-253共11种规格。斜拉索锚点之间的长度处于92

3、.408m~332.086m之间。2频率法测索力的原理频率法是根据拉索索力与振动频率之间的关系来求得索力。频率法测索力的理论基础是弦振动理论，对于1根张紧的确定的拉索，只要测出其振动频率，其索力即可由拉索微元的动力平衡方程和边界条件求得。对于两端铰支的索，若不考虑斜拉索抗弯刚度时，其动力平衡微分方程的解为：（1）对于两端铰支的索，考虑斜拉索抗弯刚度时，其动力平衡微分方程的解为：（2）式中：T为斜拉索索力；w为单位斜拉索长度的重量；为斜拉索的计算长度；g为重力加速度；为拉索的n阶固有振动频率；n为振动频率的阶数；为基频；m为斜拉索单位长度的质量；EI为斜拉索

4、的弯曲刚度；K为索力系数。对于式（1）和式（2），除振动频率未知外，其它参数均为已知，只要知道斜拉索的振动频率，即可得到斜拉索的索力。斜拉索的振动频率可以通过专用仪器测出。3永川长江大桥索力测试6对于当前张拉斜拉索的测试采用油压表法和频率法相结合的方法，对于已张拉完成斜拉索的测试采用频率法。具体地，采用索力动测仪来进行斜拉索索力的测试，索力动测仪内置了公式（1），在测试前事先输入各斜拉索的索力系数，在测试时可以适时地显示斜拉索的索力。索力测试前对各根索进行编号，计算每根索的索力系数，按编号将每根索的索力系数输入动测仪中，在测试时首先将加速度传感器连线连接到

5、动测仪的相应接口上，然后将加速度传感器绑到要测的索上，进行人工激振（索较长时可不进行人工激振，仅靠环境激励即可）使索振动起来，然后打开仪器选择合适的采样频率，进行振动信号采集，采集完成后，仪器会对振动信号进行自动分析，并将分析结果和频谱图显示出来，此时输入索的编号，即可实时显示拉索的索力。3.1索力计算公式的选择索力计算公式（1）式与（2）式的区别在于（2）式考虑了索的抗弯刚度，（1）式忽略了索的抗弯刚度，因此采用（2）式计算索力比（1）式更精确，采用（1）式算得的索力偏大，但（2）式为非线性公式，应用起来不便。下面结合永川大桥来研究采用（1）式和（2）式

6、计算索力的差别。6永川长江大桥斜索均比较长，最短的索也有92米多，在测索力时，加速度传感器只能绑在距离桥面附近的梁端，而拉索的一阶振动往往发生在斜拉索的跨中，高阶振动发生在梁端。因此在测试时很难测到一阶频率，测到的大部分都是高阶频率，测出15阶以上频率的情况时有发生，从公式（2）可知，拉索抗弯刚度对索力的影响，跟测试的频率阶次n有关，当n越大时，（2）式中第二项的值也越大。令为抗弯刚度修正系数，根据计算，永川长江大桥152根索的抗弯刚度修正系数K1处于0.119~0.893之间。因此当n=1时，抗弯刚度的影响最大值不足1kN；当n=5时，抗弯刚度的影响最大

7、值为22kN；n=10时，抗弯刚度的影响最大值为89kN；n=15时，抗弯刚度的影响最大值为201kN，这个影响已超出索力的控制精度5%。因此，当n不大于5时，采用（1）式计算的索力并不会带来太大的误差，当n>5时不宜采用（1）式，应该采用（2）式来计算索力。因永川长江大桥所测索力频率阶次均比较高，很难测到5阶以下，因此在索力测试时均采用（2）式进行索力计算。3.2索力计算公式中参数的取值问题值得一提的是频率法测索力存在一个主要的问题至今未能得到合理解决，那就是斜拉索有效计算长度l的合理取值。由于斜拉索的两端均带有锚头及相应的连接部分，这部分的刚度比其它部

8、位的刚度大的多，因此不能简单的取拉索两锚固端点之间的长度作为计算长