基于频率法的斜拉桥索力测试与分析

李道明

（广州诚安路桥检测有限公司 广州 510420）

基于频率法的斜拉桥索力测试与分析

李道明

（广州诚安路桥检测有限公司 广州 510420）

本文通以广州市海印桥为研究背景，采用振动法对该桥索力进行测试分析，在建立计算模型和优化计算公式时考虑了斜拉索的抗弯刚度对索力测试精度的影响，通过对斜拉索长度的修正和采用汉宁窗分析处理测试信号，使频率法测试斜拉索的索力达到较高的精度。通过对海印桥全桥索力分布及均匀性和索力随时间变化分析，得出一些结论，为判断桥梁结构运营状态提供数据参考。

斜拉桥；索力测试；频率法；索力均匀性

0.序言

斜拉桥作为髙次超静定结构通过拉索来代替支墩为主梁提供弹性约束，使主梁在受力模式上转变为多跨弹性支承连续梁，其上部结构重量和行车荷载绝大部分或全部通过斜拉索传递到索塔上。斜拉索作为斜拉桥主要受力构件之一，在长期运营期间索力大小及均匀性对于桥梁结构的受力状态将会产生较大影响，所以斜拉桥索力的检测贯穿于索结构的施工控制、状态评估、和健康检测各阶段。本文以广州市海印桥为背景，采用振动法对该桥的索力进行分析，得到斜拉桥索力运营过程中的变化规律。

1.工程概况

广州海印桥为双塔单索面塔梁墩固结预应力混凝土斜拉桥，主桥跨径布置为：35.00m+（85.50m+175.00m+85.50m）+35.00m，主桥长416.00m。大桥主梁采用预应力混凝土倒梯形单箱三室箱梁，梁高3.00m。斜拉索采用扇形布置，每塔每侧15排，中孔横桥向每排布4根拉索，边孔每排3根，个别位置为2根，全桥拉索共186根。拉索规格共有5种，丝数分别是85～139不等的Φ7高强度镀锌钢丝束组成，每根拉索两端均设有高阻尼消能橡胶减震器。其立面图如图1所示。

图1 海印桥立面图

2.频率法测索力

目前斜拉索索力测试方法有以下几种：压力表测试法、压力传感器测试法、频率法、振动波法、三点弯曲法和磁通量法等。其中频率法测试索力具有操作简单、费用低和设备可重复利用等优点，特别适用于结构定期检测中的索力测试。海印桥的索力分析测试中主要采用频率法，只要准确计算斜拉索的有效长度并考虑斜拉索的抗弯刚度的影响，利用频率法测索力便可达到很高的精度。建立海印桥斜拉索索力和频率对应关系如下：

式中：m是斜拉索单位长度质量；L为斜拉索有效长度；nf为斜拉索第n阶频率；EI为拉索截面刚度。

2.1 全桥索力分布及均匀性分析

海印桥索力现场测试在各拉索测点上布置INV9818型压电加速度传感器采集信号，后期采用北京东方振动和噪声技术研究所Coinv DASP V10软件自谱分析加汉宁窗分析测试信号，典型频谱图如图1所示。全桥索力测试结果见表1～2，索组合力分布图见图2。

图1 北边跨1#索组1#拉索频谱图

表1 北塔索力测试结果汇总（kN）

表1 南塔索力测试结果汇总（kN）

图2 全桥索组合力分布图

为了解同一索组中各拉索的索力分布情况，对各索组同组拉索索力差值率（差值率等于索与该索组平均索力的差值和该索组平均索力的比值）进行统计，同组拉索索力差值率分布饼图如图3所示。

图3 同组拉索索力差值率分布饼图

①索组合力分布结果可知各索面1#索组（靠近索塔）合力较大，2#～15#索组合力逐渐增大，呈现两端大中间小的趋势；

②从统计的结果可以看出，大部分拉索的差值率均在5%以下，18根拉索的差值率较大，其中SR11-1拉索索力差值率大于10%，该拉索外观无明显异常，差值率较大可能与通车状态有关。

2.1 索力随时间变化分析

为了对比分析海印桥单塔拉索合力和全桥总索力在运营过程中的变化情况，本文收集汇总了海印桥1997年～2015年索力测试数据，如表3～表4所示，索力随时间变化图见图4～5。

表3 1997～2015海印桥主塔拉索合力（kN）

表4 1997～2015海印桥全桥拉索合力（kN）

图4 海印桥单塔总索力随时间变化图

图5 海印桥全桥总索力随时间变化图

从统计的结果可以看出，本次测试单塔拉索合力与2014年、2013年测试结果相比变化不大，变化率绝对值均在0.40%以下。全桥索力合力与2014年、2013年测试结果相比变化不大，变化率绝对值均在0.07%以下。

3.结论

通过对全桥索力分布及均匀性和索力随时间变化分析，得出以下结论：

①海印桥全桥索组分布较为合理，全桥索力均匀性测试中各索组索力较为均匀，但SR11-1拉索索力差值率大于10%，应引起重视；

②从全桥索力与历年检测结果对比分析可知，与历年检测结果相比单塔拉索合力和全桥索力在今年运营过程中基本处于稳定状态；

③测试索力采用频率法可以长期有效的对斜拉桥拉索索力进行分析计算，为斜拉桥在长期运营中的结构受力状态的评估提供有力的数据支撑。

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U448.27；U446.1

B

1007-6344（2017）05-0046-02