彩虹桥系杆拱吊杆索力测试的应用

闫军涛

(河北华能京张高速公路有限责任公司)

1 用环境随机振动法测量吊索自振特性的基本步骤

(1)选择测量断面，选择每根吊索易测的断面作为测点。

(2)测量并记录各测点水平方向的振动信号。

(3)对测得的各点响应信号进行谱分析处理，得到各测点响应信号的功率谱。

(4)各阶模态的自振频率可以通过谱图上的峰值位置来确定。

2 振动信号的测量

进行吊索振动测量时，每一测点传感器按水平方向吸附在吊索侧面。

3 测量及分析仪器

自振特性的测量及分析仪器采用加速度传感器配滤波放大器和便携式数据采集分析仪，具体型号及配套框图如图1。

图1 索力测试原理图

4 测试结果

在索力测试中，垂直于吊索方向的振动对索力的计算是有意义的，因此本次检测只对垂直于吊索方向(水平方向)的振动频率进行分析。

本次检测的系杆拱桥的吊索，其边界条件为两端固定，索的质量均匀分布，索力的计算公式(1)

式中:T为索的拉力，KN;M为单位长度的索重，(kg/m);L为吊索的长度，m;fn为第阶自振频率，Hz。

5 工程应用

目的通过对主桥吊杆索力的测试，掌握吊杆的实际轴力并判定吊杆疲劳寿命的断裂韧性是否满足使用要求。

原理采用9818型加速度传感器配滤波放大器和便携式数据采集分析仪。测量并记录各吊杆在风荷载作用下的时频振动信号。将测得的各点时频信号进行频谱分析处理，可以得到各测点响应信号的功率谱，通过谱图上的峰值位置来确定吊杆的各阶振动频率，根据吊杆的振动频率计算其钢束的拉应力。

彩虹桥部分吊索自振特性及索力曲线见图2。

图2 彩虹桥部分吊索自振特性及索力曲线

索力测试具体结果见表1。

表1 彩虹桥主桥第一、三孔吊索索力汇总表

续表

6 主要结论

(1)从上表彩虹桥吊索索力汇总表可以看出，多数索力的测试值相对比较均匀，但与理论值相比，多数吊索索力实测值大于理论值，特别是临近拱脚处的吊索索力与理论值相差较大，这是由于以上索力是在非断交情况下，即正常运营状态下所测的值，由于车辆行驶过程对吊杆本身的振动造成了影响所致。另处，索力测试时期是该地区风力最大值出现月份，风对索的振动带来的影响较大。而静载试验(断交情况下)所测数据与理论值差距较小，可以得知大部分吊杆索工作基本正常。但要加强对其的定期检测工作。

(2)该桥拱脚处的吊杆，由于其长度较短，自振频率较高，两端边界条件无法完全按照铰支或固端情况处理，可能使实测频率偏高，进而使实测轴力值偏大。

(3)该桥单根吊杆的极限轴力5848.5kN，吊杆的实测轴力均小于2 500kN，其最大值为均于2 .20，其安全系数(实测轴力/极限轴力)为2.43，介于规范规定的“强度验算时的安全系数3.0，更换吊索时的安全系数1.8”之间，说明其余吊杆能够满足吊杆疲劳寿命的断裂韧性的使用要求，但也应定期观测其轴力变化情况。

(4)该桥单根吊杆的极限轴力5848.5kN，其吊杆索力安全系数为3.0时的索力值为1949.5kN。从实际测试结果可以看出，有64根吊杆的实测值小于1949.5kN，仅有8根略大于1949.5kN需进行定期的观测。

7 结束语

在非断交交通情况下采用环境随机振动法测量吊索索力，应充分考虑行车及沿海风力对索力测量的影响应与静载试验时进行充分的对比，以排除行车及风力所产生的影响。系杆拱桥中拱脚短吊杆的弯曲刚度不容忽视，其影响随着吊杆长度的减小而增大，考虑以上因素的影响对提高环境随机振动测试精度是有益的。

[1] 金成棣.预应力混凝土梁拱组合桥梁设计研究与实践[M].北京:人民交通出版社，2001.

[2] 胡大琳.桥涵工程试验检测技术[M].北京:人民交通出版社，2000.

[3] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)[S].