振動(dòng)頻率法檢測(cè)吊桿索力試驗(yàn)研究

江 聰 聰

(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

振動(dòng)頻率法檢測(cè)吊桿索力試驗(yàn)研究

江 聰 聰

(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

介紹了振動(dòng)頻率法的基本原理，并利用振動(dòng)頻率法，對(duì)某懸索橋吊桿索力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與工程實(shí)際情況相符合，表明振動(dòng)頻率法能夠保證吊桿索力測(cè)試的精度要求。

懸索橋，振動(dòng)頻率法，吊桿，索力，精度要求

1 工程概況

該懸索橋?yàn)?80 m跨度的柔性吊橋，矢高為15 m，矢跨比為1/12，兩側(cè)主纜各由14根φ45 mm鋼絲繩組成，橋面跨中原設(shè)計(jì)拱度0.92 m，其余各點(diǎn)按拋物線設(shè)計(jì)。全橋共設(shè)44對(duì)吊桿，上下游兩側(cè)對(duì)稱布置，每一側(cè)吊桿均沿由北岸至南岸依次為1號(hào)～44號(hào)吊桿，懸索橋立面圖見圖1。

2 檢測(cè)原理及測(cè)點(diǎn)布置

2.1 檢測(cè)原理

利用附著在吊桿上的高靈敏度加速度傳感器拾取吊桿在環(huán)境激勵(lì)或人工激勵(lì)下的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過濾波、放大和頻譜分析，再由頻譜圖確定拉索的自振頻率，最后根據(jù)頻率與索力的關(guān)系確定索力[1]。

其結(jié)果的準(zhǔn)確性關(guān)鍵在于吊桿索力與自振頻率這兩者之間關(guān)系的準(zhǔn)確性。頻率法測(cè)試吊桿索力的方法最早采用的是傳統(tǒng)的弦振動(dòng)理論，即忽略吊桿的抗彎剛度與邊界條件對(duì)自振頻率的影響，將吊桿當(dāng)成一根拉緊的弦進(jìn)行計(jì)算。此方法在測(cè)試索力時(shí)有其局限牲，因?yàn)槠錅y(cè)量精度僅對(duì)較長(zhǎng)的吊桿可以得到保證[2]。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

由于短吊桿的抗彎剛度對(duì)于固有頻率的影響不可忽略，而且無論是采用兩端固結(jié)模型還是兩端鉸支模型，最后求得的吊桿索力誤差都比較大，因此對(duì)于短吊桿，假如使用傳統(tǒng)的頻率法來測(cè)試索力，由于此方法的局限性，最后將會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，故為保證測(cè)試的精確性，對(duì)該橋小于3 m的吊桿不采用振動(dòng)頻率法測(cè)試索力[3]。

測(cè)試采用INV信號(hào)采集分析儀和INV9808加速度傳感器。傳感器固定在上游側(cè)吊桿距橋面約1.5 m位置處。加速度傳感器安裝見圖2。

3 吊桿索力的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)采用振動(dòng)法測(cè)試吊桿的激振頻率，根據(jù)頻率與索力的關(guān)系計(jì)算出構(gòu)件拉力，了解吊桿在恒載作用下的受力狀況。檢測(cè)時(shí)，考慮振動(dòng)法測(cè)試條件要求，現(xiàn)場(chǎng)選取上游側(cè)長(zhǎng)度超過3 m的吊桿進(jìn)行測(cè)試，吊桿索力測(cè)試見圖3。

表1 吊桿拉力測(cè)試及分析結(jié)果

吊桿編號(hào)S-B-1S-B-2S-B-3S-B-4S-B-5S-B-6S-B-7S-B-8測(cè)試值/kN26.2322.2213.5331.5126.0725.8929.3445.36理論值/kN30.2031.4831.8232.1532.3732.4732.4932.45測(cè)試值與理論值差值-3.97-9.26-18.28-0.64-6.29-6.58-3.1412.92偏差率/%1329572192010-40校驗(yàn)系數(shù)0.870.710.430.980.810.800.901.40吊桿編號(hào)S-B-9S-B-10S-B-11S-B-12S-B-13S-B-14S-B-15測(cè)試值/kN25.2125.5661.7633.7234.9826.7439.83理論值/kN32.3832.3132.2432.1932.1532.1332.14測(cè)試值與理論值差值-7.17-6.75-29.521.542.83-5.397.70偏差率/%2221-92-5-917-24校驗(yàn)系數(shù)0.780.791.921.051.090.831.24吊桿編號(hào)S-B-30S-B-31S-B-32S-B-33S-B-34S-B-35S-B-36S-B-37測(cè)試值/kN43.3144.6929.9738.6336.6428.7525.2823.71理論值/kN32.1432.1332.1532.1932.2432.3032.3832.44測(cè)試值與理論值差值11.1712.55-2.186.444.41-3.56-7.10-8.73偏差率/%-35-397-20-14112227校驗(yàn)系數(shù)1.351.390.931.201.140.890.780.73吊桿編號(hào)S-B-38S-B-39S-B-40S-B-41S-B-42S-B-43S-B-44測(cè)試值/kN21.3331.5425.2223.6915.7118.4721.33理論值/kN32.4732.3732.1531.8231.4830.2132.47測(cè)試值與理論值差值-11.14-0.82-6.93-8.13-15.78-11.74-11.14偏差率/%3432226503934校驗(yàn)系數(shù)0.660.970.780.740.500.610.66注:S-B-XX表示上游側(cè)從北岸索塔至跨中吊桿編號(hào),依次為1～15,30～44。其余吊桿為長(zhǎng)度小于3m吊桿

采用Midas Civil有限元分析軟件建立有限元模型(見圖4)，分析吊桿恒載作用下的吊桿索力。

吊桿測(cè)試及理論分析結(jié)果見表1，圖5，圖6。

吊桿的部分測(cè)試時(shí)程曲線及頻譜曲線見圖7，圖8。

從測(cè)試結(jié)果可見，1號(hào)，4號(hào)，5號(hào)，7號(hào)，12號(hào)～14號(hào)，32號(hào)，34號(hào)，35號(hào)，39號(hào)等吊桿的偏差率未超過20%，但其余吊桿拉力測(cè)試值與理論值偏離較大，吊桿在恒載狀態(tài)時(shí)受力與計(jì)算值偏差較大。

4 結(jié)語

根據(jù)采集的振動(dòng)頻率測(cè)試吊桿的索力。通過測(cè)試數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果基本上能滿足精度要求。振動(dòng)頻率法測(cè)試簡(jiǎn)單、快捷，能較真實(shí)地測(cè)試出吊桿的索力。

[1] 馮東明，李愛群，李枝軍，等.基于頻率法的自錨式懸索橋吊索力測(cè)試與分析[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(S2)：106-110.

[2] 周科平.大型鋼結(jié)構(gòu)室內(nèi)吊橋的吊桿索力測(cè)試分析參數(shù)優(yōu)化研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2015.

[3] 曾軍偉.懸索橋吊桿張力分析與振動(dòng)測(cè)試研究[D].重慶:重慶大學(xué)，2008.

On detection of suspender force test with vibration frequency method

Jiang Congcong

(CollegeofCivilEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China)

The paper introduces the basic principle of the vibration frequency method, adopts the vibration frequency method to undertake the site detection of the suspender force of some suspension bridge, indicates the consistency between the tested results and the engineering circumstance, and proves the vibration frequency method can ensure the accurate demands for the test of the suspender force.

suspension bridge, vibration frequency method, suspender, cable force, accuracy requirement

1009-6825(2017)01-0189-03

2016-10-23

江聰聰(1993- )，男，在讀碩士

U448.25

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