银川市贺兰山路朔方大桥索力测试及分析论文

银川市贺兰山路朔方大桥索力测试及分析[摘要] 简述频率法测量斜拉桥索力的基本原理及其测试方法，并分析影响测量精度的因素。提出斜拉索等效计算长度的概念，介绍了减小测量误差的措施、保证索力测量结果准确性。

[关键词] 矮塔斜拉桥索力检测频率法

银川市贺兰山路朔方大桥位于银川市贺兰山路阅海湖上，结构形式为（30m+70m+70m+30m）四跨连续独塔双索面部分斜拉桥。塔梁墩固结体系。桥梁全长为200m；桥面宽度为5.0m人行道+5.0m

非机动车道+4.0m机非分隔带+32m机动车道+4.0m机非分隔带+5.0m 非机动车道+5.0m人行道。桥面坡度为：纵坡2.0%，车行道横坡1.5%，人行道横坡1.0 %；

主梁结构采用鱼腹式箱梁结构，横向共两箱，每箱为单箱单箱四室结构，每个箱梁底为圆曲线，双箱之间用横隔板连接。主梁采用双向预应力体系。主塔采用纵向采用哑铃型结构，塔高30m，双塔横向独立，布置于机非分隔带上。

本桥斜拉索采用双索面，扇形布置，每个索面9对索，全桥共36根斜拉索。斜拉索采用ryb=1860mpa钢绞线索，斜拉索采用55-φj15.24.拉索，索外包挤pe防护套。每根斜拉索均设置减震器，并在其下端2.5m高的范围内外包不锈钢管。

斜拉桥拉索索力的变化，是衡量斜拉桥是否处于正常运营状态的一个重要标志。斜拉桥是一种内部高次超静定结构，通过调整拉索的索力可以使斜拉桥的线形和内力达到理想状态。如果实际索力

偏离了设计索力，会使索塔和主梁产生弯矩。通过对斜拉索索力的测试，不仅能总体上评价斜拉桥的技术状况，同时也能发现拉索的锚固系统、防护系统是否完好，拉索是否发生锈蚀等。

1.测试方法

目前斜拉索的各种测试方法中，只有压力传感器和频率法具有较高的精度。在实际工程中，需要及时，准确、快捷的测量索力，频率法方便快捷、造价低的特点，但频率法存在一定误差，尤其短索及安装阻尼减震器的索，如何确定斜拉索的等效长度尤其重要。本桥测量索力时采用频率法测量索力。

2.频率法检测原理

微振法测试索力的原理是：在一定条件下，索拉力与索的振动频率存在对应的关系；在已知索的长度与分布质量时，可通过索股的振动频率来计算索的拉力。当忽略索拉索垂度的影响，拉索无阻尼时的动力平衡方程为：

（1）

该法要求索两端的约束条件要比较明确，否则要通过现场试验确定换算索长。

对于两端固定均质受力的钢索，在索力一定时，钢索的固有自振频率是不变的。在不考虑钢索弯曲刚度影响时，索的振动公式为：t=-ei （2）

式中：t为钢索的张拉力；ρ为钢索的材料线密度；l为计算索长；fn为测量索的第n阶频率；n为频率的阶数；e为索的弹性模

量；i为索的抗弯惯性矩。

若不考虑抗弯刚度，则可简化索力公式为：

t=（3）

3.检测过程及结果分析

3.1 检测步骤

本次检测采用jmm-268型双通道索力仪，并将检测结果与监控值进行对比分析。检测步骤如下：

（1）分析确定拉索索力参数；

（2）利用传感器采集拉索振动信号；

（3）根据对采集的信号进行数据处理后，计算索力功率频谱图；

（4）根据功率频谱图的峰值确定拉索各阶频率，然后利用索力与频率的关系计算出索力。

3.2索力计算的影响因素

3.2.1 边界条件的影响因素

本桥拉索两端有强大的锚固装置，且在拉索钢管入口处设置阻尼器，阻尼器嵌在斜拉索和钢导管之间构成阻尼支点，这样拉索相当于被分割为中间长，两端短的三段，而拉索索力未发生变化，相当于拉索被缩短。因此需要对拉索索长进行修正。

图1 拉索锚固区及分丝管结构示意图

3.2.2 抗弯刚度的影响因素

矮塔斜拉桥索长短，索的抗弯刚度对拉索的振动频率影响较大，进而对索力测试精度影响较大。为减小拉索抗弯刚度对索结构自振

特性的影响，可采用迭代消去法消去公式2中抗弯刚度，即用两阶固有频率表示拉索索力。如用1阶频率、2阶频率表示拉索索力，可按下式计算：

t=ml2（4）

3.2.3 测量条件的影响

斜拉桥索力测量为现场测试，易受外界环境的影响，例如传感器的安装位置，索塔自身的振动以及风雨等因素的影响，及人工激振的方式等不确定因素，均会干扰索频率的测量。因此在测量时应该避开：

（1）风雨天气对索振动的影响；

（2）传感器应尽量远离拉索下锚点，尽量接近拉索中心位置；

（3）尽量选择在温度较稳定的时段进行测量，如夜间或清晨日出前。

3.3 测量结果

综合考虑边界条件和抗弯刚度等因素的影响，并结合银川市贺兰山路朔方大桥实际情况，因对索长按下式进行修正：leq=l-k（s1+s2）（5）

式中：leq为拉索修正长度；l为拉索两端锚固点之间的长度；s1、s2为拉索两端刚性长度（减震器至锚固点的长度）；k为调整系数取值0.5。

索力计算时采用以上方法对索力测量值进行修正，并对比成桥时的索力测量值和进行误差分析，结果见表1。

4.结语

（1）矮塔斜拉桥索力测量采用频率法进行索力测量时，公式2、公式4可以满足索力测量精度要求。但短索索力计算，必须根据拉索边界条件对拉索计算长度进行合理修正。

（2）桥梁运营阶段的索力测量，应尽量采取多种测量方法（如压力环）对索力测量结果进行校核，以提高索力修正精度。

参考文献

[1] 王超华. 斜拉桥索力测量的影响因素分析[j]. 世界桥梁，2004（3）：4-67.

[2] 林元培.斜拉桥[m].北京：人民交通出版社，1993.

[3] 吴海军，陈思甜，龚尚东等斜拉桥索力测试方法研究.重庆交通学院学报，2001,20（4）：23-25.

作者简介：

陈瑾（1983年）,男, 宁夏银川,大学学历,助理工程师,主要从事公路试验检测。