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為研究背景，采用振動法對該橋索力進行測試分析，在建立計算模型和優化計算公式時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，使頻率法測試斜拉索的索力達到較高的精度。通過對海印橋全橋索力分布及均勻性和索力隨時間變化分析，得出一些結論，為判斷橋梁結構運營狀態提供數據參考。

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構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變為多跨彈性支承連續梁，其上部結構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件之一，在長期運營期間索力大小及均勻性對于橋梁結構的受力狀態將會產生較大影響，所以斜拉橋索力的檢測貫穿于索結構的施工控制、狀態評估、和健康檢測各階段。本文以廣州市海印橋為背景，采用振動法對該橋的索力進行分析，得到斜拉橋索力運營過程中的變化規律。

1.工程概況

廣州海印橋為雙塔單索面塔梁墩固結預應力混凝土斜拉橋，主橋跨徑布置為：35.00m+（85.50m+175.00m+85.50m）+35.00m，主橋長416.00m。大橋主梁采用預應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15排，中孔橫橋向每排布4根拉索，邊孔每排3根，個別位置為2根，全橋拉索共186根。拉索規格共有5種，絲數分別是85～139不等的Φ7高強度鍍鋅鋼絲束組成，每根拉索兩端均設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、振動波法、三點彎曲法和磁通量法等。其中頻率法測試索力具有操作簡單、費用低和設備可重復利用等優點，特別適用于結構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，只要準確計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到很高的精度。建立海印橋斜拉索索力和頻率對應關系如下：

式中：m是斜拉索單位長度質量；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

海印橋索力現場測試在各拉索測點上布置INV9818型壓電加速度傳感器采集信號，后期采用北京東方振動和噪聲技術研究所Coinv DASP V10軟件自譜分析加漢寧窗分析測試信號，典型頻譜圖如圖1所示。全橋索力測試結果見表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 北塔索力測試結果匯總（kN）

表1 南塔索力測試結果匯總（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）進行統計，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，呈現兩端大中間小的趨勢；

②從統計的結果可以看出，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有關。

2.1 索力隨時間變化分析

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年索力測試數據，如表3～表4所示，索力隨時間變化圖見圖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間變化圖

圖5 海印橋全橋總索力隨時間變化圖

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

3.結論

通過對全橋索力分布及均勻性和索力隨時間變化分析，得出以下結論：

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%，應引起重視；

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

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行分析計算，為斜拉橋在長期運營中的結構受力狀態的評估提供有力的數據支撐。

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U448.27；U446.1

B

1007-6344（2017）05-0046-02