斜拉橋索力測試方法探究

《斜拉橋索力測試方法探究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、斜拉橋索力測試方法探究　　摘要斜拉索的索力大小直接決定著斜拉橋的工作狀態(tài)，在橋梁的施工監(jiān)控、健康監(jiān)測以及運(yùn)行過程中，對拉索索力的精確測試非常重要。本文針對目前斜拉橋索力測試中常用的方法及其原理進(jìn)行了闡述和比較，指出了各種方法的特點和適用場合，并且闡述了頻率法測索力時影響因素等。關(guān)鍵詞斜拉橋索力測試頻率中圖分類號：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：斜拉索是斜拉橋的主要承載構(gòu)件，斜拉索的工作狀態(tài)是斜拉橋是否處于正常狀態(tài)的主要決定因素，因此，斜拉橋索力測量的準(zhǔn)確與否是關(guān)系到斜拉橋施工監(jiān)控能否順利實施、斜拉橋能否成功修建以及正常運(yùn)行的關(guān)鍵問題之一。1．斜拉橋索力

2、的測試方法斜拉橋索力測試的方法很多，經(jīng)過多年的實踐，目前常用的方法有：壓力表測定法、壓力傳感器測定法、磁通量法和頻率法。壓力表測定法的原理是根據(jù)千斤頂張拉油缸中的液壓推算千斤頂?shù)膹埨?，并認(rèn)為千斤頂?shù)膹埨偷扔诶魉髁?。所以，只要通過精密壓力表或液壓傳感器測定油缸的液壓，就可求得索力。通常使用0.3~0.5級的精密壓力表，并應(yīng)事先對液壓系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，測得索力的精度可達(dá)到1%~2%。7壓力表測定法簡單易行，比較直觀、可靠，是施工中控制索力最適用的方法。但該法所用儀器較笨重，移動不便，且經(jīng)常有油不回零的情況，影響測試精度。并且不適合于已張拉好的斜拉索，如

3、運(yùn)營中的索力測試。壓力傳感器測定法的原理是張拉時，在張拉連桿上粘貼應(yīng)變片或利用穿心式壓力傳感器，也可在錨頭和錨座之間安裝測力傳感器，進(jìn)而通過二次儀表的讀數(shù)得到千斤頂?shù)膹埨Α＿x擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅鞒梢詽M足施工控制監(jiān)測要求外，還可用于橋梁使用過程中的索力測量。這種方法精度可達(dá)0.5%~1.0%。壓力傳感器測定法精度相對較高。但使用時傳感器必須與千斤頂配合使用，所以該方法也只限于施工階段的索力測試。此外，壓力傳感器售價相當(dāng)昂貴，只能在特定場合下使用。磁通量法是利用放置在索中的小型電磁傳感器，測定磁通量變化，根據(jù)索力、溫度與磁通量變化的關(guān)系，推算索力。該法所用的

4、關(guān)鍵儀器是電磁傳感器（E—M傳感器），這種傳感器由兩層線圈組成，除磁化拉索外，它不會影響拉索的力學(xué)及物理特性。對任一種鐵磁材料，在實驗室進(jìn)行幾組應(yīng)力、溫度下的試驗，建立磁通量變化與結(jié)構(gòu)應(yīng)力、溫度的關(guān)系后，即可用來測定由該種材料制造的拉索索力。7材料中的應(yīng)力變化時，磁滯曲線也發(fā)生變化。測定磁通量滲透系數(shù)就可推算出拉索的應(yīng)力。用磁通量法測定斜拉橋的索力，國外應(yīng)用較多，多座實際橋梁結(jié)構(gòu)的安全檢測表明效果很好，目前我市也有幾座橋梁安裝了磁通量傳感器，但是磁通量傳感器有一定次數(shù)的壽命并且采集具有滯后性。頻率法是依據(jù)索力與索的振動頻率之間存在對應(yīng)關(guān)系的特點，在已知

5、索長度、兩端約束情況、分布質(zhì)量等參數(shù)時，將高靈敏度的拾振器綁在斜拉索上，拾取拉索在環(huán)境振動激勵下的振動信號，經(jīng)過濾波、信號放大、A/D轉(zhuǎn)換和頻譜分析即可測出斜拉索的自振頻率，進(jìn)而由索力與拉索自振頻率之間的關(guān)系獲得索力。這是一種間接方法?，F(xiàn)有儀器及分析手段，測定頻率精度可達(dá)到0.005Hz。對于張緊的斜拉索，當(dāng)其垂度的影響忽略不計時，在其無阻尼時的自由振動微分方程為：（1）其中：x為沿索向的坐標(biāo)；y（x，t）為斜拉索在t時刻垂直于索向的撓度；EI為索的抗彎剛度；t為時間，F(xiàn)為索內(nèi)拉力，假定沿索均勻分布，并不隨時間而變化；m為索單位長度的質(zhì)量。假定索的兩端

6、為鉸支，則該微分方程的解為：（2）7其中：n為索自振頻率的階數(shù)（即拉索長度內(nèi)的半波個數(shù)）；為索的第n階自振頻率（s-1）；l為拉索的自由或撓曲長度。由式（2）可得：（3）這樣，在頻域里，斜拉索的頻譜就是一個個間距逐漸加大的譜線。而根據(jù)索長而細(xì)的結(jié)構(gòu)特征（長度一般都是其直徑的500倍以上），索的抗彎剛度與索長的平方相比很小。那么，在階次n不太大的情況下，根號內(nèi)的第二項比第一項要小得多，對頻率的影響很小，所以譜線接近等間距。大多數(shù)情況下，可以忽略不計，則（3）式簡化為：（4）其中，為斜拉索自由振動的第一自振頻率，頻譜圖從而完全成為等間距的譜線。由譜線圖可以

7、準(zhǔn)確地判斷出哪些譜線是索的自振頻率及其自振頻率的階數(shù)n，再進(jìn)一步求得索力。目前我國大部分成橋索力的測量方法是采用頻率法。2頻率法測定索力的影響因素7用頻率法進(jìn)行索力測試，具有快速、方便、實用、可重復(fù)測試的特點，精確度較高（測試精度可以達(dá)到萬分之一）。但頻率法所確定的索力精度在很大程度上取決于索本身參數(shù)的可靠性（諸如索的彎曲剛度、索的計算長度、索的線密度等），各參數(shù)的偏差會影響到索力計算的精度。另外，拉索的斜度、垂度及邊界條件等因素也有相應(yīng)的影響。拉索垂度：（1）用偶數(shù)階模態(tài)的頻率測算索力時，力測量精度不受拉索垂度影響；（2）測量索力時盡量不采用奇數(shù)階模

8、態(tài)的頻率，若采用奇數(shù)階模態(tài)的頻率計索力時應(yīng)進(jìn)行修正，則索力算結(jié)果偏大。拉索計算長度：斜拉索一般