基于頻率法的斜拉橋索力測試與分析

李道明

（廣州誠安路橋檢測有限公司 廣州 510420）

基于頻率法的斜拉橋索力測試與分析

李道明

（廣州誠安路橋檢測有限公司 廣州 510420）

本文通以廣州市海印橋?yàn)檠芯勘尘?，采用振?dòng)法對該橋索力進(jìn)行測試分析，在建立計(jì)算模型和優(yōu)化計(jì)算公式時(shí)考慮了斜拉索的抗彎剛度對索力測試精度的影響，通過對斜拉索長度的修正和采用漢寧窗分析處理測試信號(hào)，使頻率法測試斜拉索的索力達(dá)到較高的精度。通過對海印橋全橋索力分布及均勻性和索力隨時(shí)間變化分析，得出一些結(jié)論，為判斷橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營狀態(tài)提供數(shù)據(jù)參考。

斜拉橋；索力測試；頻率法；索力均勻性

0.序言

斜拉橋作為髙次超靜定結(jié)構(gòu)通過拉索來代替支墩為主梁提供彈性約束，使主梁在受力模式上轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫鐝椥灾С羞B續(xù)梁，其上部結(jié)構(gòu)重量和行車荷載絕大部分或全部通過斜拉索傳遞到索塔上。斜拉索作為斜拉橋主要受力構(gòu)件之一，在長期運(yùn)營期間索力大小及均勻性對于橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)將會(huì)產(chǎn)生較大影響，所以斜拉橋索力的檢測貫穿于索結(jié)構(gòu)的施工控制、狀態(tài)評(píng)估、和健康檢測各階段。本文以廣州市海印橋?yàn)楸尘?，采用振?dòng)法對該橋的索力進(jìn)行分析，得到斜拉橋索力運(yùn)營過程中的變化規(guī)律。

1.工程概況

廣州海印橋?yàn)殡p塔單索面塔梁墩固結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主橋跨徑布置為：35.00m+（85.50m+175.00m+85.50m）+35.00m，主橋長416.00m。大橋主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土倒梯形單箱三室箱梁，梁高3.00m。斜拉索采用扇形布置，每塔每側(cè)15排，中孔橫橋向每排布4根拉索，邊孔每排3根，個(gè)別位置為2根，全橋拉索共186根。拉索規(guī)格共有5種，絲數(shù)分別是85～139不等的Φ7高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲束組成，每根拉索兩端均設(shè)有高阻尼消能橡膠減震器。其立面圖如圖1所示。

圖1 海印橋立面圖

2.頻率法測索力

目前斜拉索索力測試方法有以下幾種：壓力表測試法、壓力傳感器測試法、頻率法、振動(dòng)波法、三點(diǎn)彎曲法和磁通量法等。其中頻率法測試索力具有操作簡單、費(fèi)用低和設(shè)備可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于結(jié)構(gòu)定期檢測中的索力測試。海印橋的索力分析測試中主要采用頻率法，只要準(zhǔn)確計(jì)算斜拉索的有效長度并考慮斜拉索的抗彎剛度的影響，利用頻率法測索力便可達(dá)到很高的精度。建立海印橋斜拉索索力和頻率對應(yīng)關(guān)系如下：

式中：m是斜拉索單位長度質(zhì)量；L為斜拉索有效長度；nf為斜拉索第n階頻率；EI為拉索截面剛度。

2.1 全橋索力分布及均勻性分析

海印橋索力現(xiàn)場測試在各拉索測點(diǎn)上布置INV9818型壓電加速度傳感器采集信號(hào)，后期采用北京東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所Coinv DASP V10軟件自譜分析加漢寧窗分析測試信號(hào)，典型頻譜圖如圖1所示。全橋索力測試結(jié)果見表1～2，索組合力分布圖見圖2。

圖1 北邊跨1#索組1#拉索頻譜圖

表1 北塔索力測試結(jié)果匯總（kN）

表1 南塔索力測試結(jié)果匯總（kN）

圖2 全橋索組合力分布圖

為了解同一索組中各拉索的索力分布情況，對各索組同組拉索索力差值率（差值率等于索與該索組平均索力的差值和該索組平均索力的比值）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同組拉索索力差值率分布餅圖如圖3所示。

圖3 同組拉索索力差值率分布餅圖

①索組合力分布結(jié)果可知各索面1#索組（靠近索塔）合力較大，2#～15#索組合力逐漸增大，呈現(xiàn)兩端大中間小的趨勢；

②從統(tǒng)計(jì)的結(jié)果可以看出，大部分拉索的差值率均在5%以下，18根拉索的差值率較大，其中SR11-1拉索索力差值率大于10%，該拉索外觀無明顯異常，差值率較大可能與通車狀態(tài)有關(guān)。

2.1 索力隨時(shí)間變化分析

為了對比分析海印橋單塔拉索合力和全橋總索力在運(yùn)營過程中的變化情況，本文收集匯總了海印橋1997年～2015年索力測試數(shù)據(jù)，如表3～表4所示，索力隨時(shí)間變化圖見圖4～5。

表3 1997～2015海印橋主塔拉索合力（kN）

表4 1997～2015海印橋全橋拉索合力（kN）

圖4 海印橋單塔總索力隨時(shí)間變化圖

圖5 海印橋全橋總索力隨時(shí)間變化圖

從統(tǒng)計(jì)的結(jié)果可以看出，本次測試單塔拉索合力與2014年、2013年測試結(jié)果相比變化不大，變化率絕對值均在0.40%以下。全橋索力合力與2014年、2013年測試結(jié)果相比變化不大，變化率絕對值均在0.07%以下。

3.結(jié)論

通過對全橋索力分布及均勻性和索力隨時(shí)間變化分析，得出以下結(jié)論：

①海印橋全橋索組分布較為合理，全橋索力均勻性測試中各索組索力較為均勻，但SR11-1拉索索力差值率大于10%，應(yīng)引起重視；

②從全橋索力與歷年檢測結(jié)果對比分析可知，與歷年檢測結(jié)果相比單塔拉索合力和全橋索力在今年運(yùn)營過程中基本處于穩(wěn)定狀態(tài)；

③測試索力采用頻率法可以長期有效的對斜拉橋拉索索力進(jìn)行分析計(jì)算，為斜拉橋在長期運(yùn)營中的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的評(píng)估提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

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U448.27；U446.1

B

1007-6344（2017）05-0046-02