彩虹橋系桿拱吊桿索力測試的應用

閆軍濤

(河北華能京張高速公路有限責任公司)

1 用環(huán)境隨機振動法測量吊索自振特性的基本步驟

(1)選擇測量斷面，選擇每根吊索易測的斷面作為測點。

(2)測量并記錄各測點水平方向的振動信號。

(3)對測得的各點響應信號進行譜分析處理，得到各測點響應信號的功率譜。

(4)各階模態(tài)的自振頻率可以通過譜圖上的峰值位置來確定。

2 振動信號的測量

進行吊索振動測量時，每一測點傳感器按水平方向吸附在吊索側(cè)面。

3 測量及分析儀器

自振特性的測量及分析儀器采用加速度傳感器配濾波放大器和便攜式數(shù)據(jù)采集分析儀，具體型號及配套框圖如圖1。

圖1 索力測試原理圖

4 測試結(jié)果

在索力測試中，垂直于吊索方向的振動對索力的計算是有意義的，因此本次檢測只對垂直于吊索方向(水平方向)的振動頻率進行分析。

本次檢測的系桿拱橋的吊索，其邊界條件為兩端固定，索的質(zhì)量均勻分布，索力的計算公式(1)

式中:T為索的拉力，KN;M為單位長度的索重，(kg/m);L為吊索的長度，m;fn為第階自振頻率，Hz。

5 工程應用

目的通過對主橋吊桿索力的測試，掌握吊桿的實際軸力并判定吊桿疲勞壽命的斷裂韌性是否滿足使用要求。

原理采用9818型加速度傳感器配濾波放大器和便攜式數(shù)據(jù)采集分析儀。測量并記錄各吊桿在風荷載作用下的時頻振動信號。將測得的各點時頻信號進行頻譜分析處理，可以得到各測點響應信號的功率譜，通過譜圖上的峰值位置來確定吊桿的各階振動頻率，根據(jù)吊桿的振動頻率計算其鋼束的拉應力。

彩虹橋部分吊索自振特性及索力曲線見圖2。

圖2 彩虹橋部分吊索自振特性及索力曲線

索力測試具體結(jié)果見表1。

表1 彩虹橋主橋第一、三孔吊索索力匯總表

續(xù)表

6 主要結(jié)論

(1)從上表彩虹橋吊索索力匯總表可以看出，多數(shù)索力的測試值相對比較均勻，但與理論值相比，多數(shù)吊索索力實測值大于理論值，特別是臨近拱腳處的吊索索力與理論值相差較大，這是由于以上索力是在非斷交情況下，即正常運營狀態(tài)下所測的值，由于車輛行駛過程對吊桿本身的振動造成了影響所致。另處，索力測試時期是該地區(qū)風力最大值出現(xiàn)月份，風對索的振動帶來的影響較大。而靜載試驗(斷交情況下)所測數(shù)據(jù)與理論值差距較小，可以得知大部分吊桿索工作基本正常。但要加強對其的定期檢測工作。

(2)該橋拱腳處的吊桿，由于其長度較短，自振頻率較高，兩端邊界條件無法完全按照鉸支或固端情況處理，可能使實測頻率偏高，進而使實測軸力值偏大。

(3)該橋單根吊桿的極限軸力5848.5kN，吊桿的實測軸力均小于2 500kN，其最大值為均于2 .20，其安全系數(shù)(實測軸力/極限軸力)為2.43，介于規(guī)范規(guī)定的“強度驗算時的安全系數(shù)3.0，更換吊索時的安全系數(shù)1.8”之間，說明其余吊桿能夠滿足吊桿疲勞壽命的斷裂韌性的使用要求，但也應定期觀測其軸力變化情況。

(4)該橋單根吊桿的極限軸力5848.5kN，其吊桿索力安全系數(shù)為3.0時的索力值為1949.5kN。從實際測試結(jié)果可以看出，有64根吊桿的實測值小于1949.5kN，僅有8根略大于1949.5kN需進行定期的觀測。

7 結(jié)束語

在非斷交交通情況下采用環(huán)境隨機振動法測量吊索索力，應充分考慮行車及沿海風力對索力測量的影響應與靜載試驗時進行充分的對比，以排除行車及風力所產(chǎn)生的影響。系桿拱橋中拱腳短吊桿的彎曲剛度不容忽視，其影響隨著吊桿長度的減小而增大，考慮以上因素的影響對提高環(huán)境隨機振動測試精度是有益的。

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