脉动法在测量斜拉桥索力中的应用.pdfVIP

维普资讯 即，，； 移 ’ 珐横 一敖 脉动法在测量斜拉桥索力中的应用 铁道 鳓 铁道部太桥工程局桥梁科学研究院 [ ，／／L ． ／ 车文分析了斜拉桥缆索的振动特性 ，阐连了如何直用咏动法测量斜拉桥索力，讨论了影响 量 一 、 Sl言 准确控制斜拉索拉力 ，运营期间准确掌握其大 小，对了解斜拉桥的受力状态显得十分重要 。 斜拉桥是一种 内部高次超静定结构，其力 目前渊量斜拉桥索力的方法很多 ，如油压 学本质是利用斜拉索作为侨面的弹性支承，使 千斤顶法、长敫测力仪法、钢索周期仪法等等， 主梁变 为多跨支承连续梁，使得任一索力的改 但这些方法都不同程度地存在着这样或那样 变对全桥 内力都有影响。这样 ，～方面借助拉 的缺点。本文介绍的是一种新的测量索力方法 索的预拉力在一定范围内的调整，可控制主粱 — — 脉动 振动 法 ，该方法 已被成功地用于武 恒载内力分布，从而达到优化设计的 目的；另 汉长江二桥施工中索力的测量 。 一 方面 ，斜拉桥在施工过程 中索力受许多因素 的影响，不可能恰好等于设计值，而存在一定 、武汉长江 桥概况 误差 ，其误差对拉索本身来说，可能并不危及 安全 ，但对梁则可能是很危险的 对于预应力 武设长江二桥主桥是中跨为 400m，两边 混凝土斜拉桥 ，它的存在可能会抵消梁 内某些 跨各为 180m 的双塔双索面现浇预应力钢筋 截面的预压应力储备 ，从而导致该截面在重车 混凝土斜拉桥 。主粱高 3m，桥面宽 29．4m，全 通过时产生开裂现象 。固此在施工过程 中如何 桥共有 392根缆索 ，基本索距为 8m，如图 l。 ‘ ． ， 、 量 JL r i 图 1 武汉长江二桥主桥纵断面茼图 三 、测量原理 一 8 P2 u …… 1 g t … 斜拉索可 以作为一受轴 向拉力的杆单元 式中：y——索的振幅； 或叫索单元 ，取一张 紧的索单元，对抗弯刚 x——纵坐标 沿索的长度方 向 ； 度可忽略的斜拉索，其动力平衡方程为： w—— 单位索长重量 g—— 重力加速度 ； 维普资讯 P——索 的张力 ； 适用于低频的高分辨率、高精度 的国产 DCJ t—— 时间。 伺服加速度传感器 ，同时配有放大器和动态分 假定索的边界条件为两端铰接 ．则得： 析仪。紧固在缆索上的传感器拾取缆索在环境 振动激励下的振动信号 ，通过滤波、放大、谱分 P一 f … ．． 2 n g‘ 析，即可得到每根缆索的 自振频率 ，其原理图 式中：f——索的第 i1阶固有频率； 如图2。一般说来，计算索力时通常采用基频， n——索 的振动阶数 ； 即第一阶 自振频率 ，于是式 2 有 ： l——索的计算长度 。 P： 4w2Ff 。 2 …… 5 对于抗弯刚度不能忽略的张紧斜拉索，其动力 g 平衡方程为： 又 nv／ 或鲁 v／ …㈣ 詈·~-bEI靠0~y_p3靠~y。 …… 3 对于某一确定的索，式 6 中右边根号内为常 式中：EI——索的抗弯刚度 。 数，则有： 假定缆索的边界条件为两端铰接 ，则方程 3 f… 一f fl …… 7 的解为 ： 上 ：乒百：n ……”8 P： —4w12f．~ n~EIx2 一 — … … 4 即对抗弯刚度可忽略的缆索 ，它的任意相邻两 阶频率之差等于第一阶 自振频率 f ，n阶 自 四、自振频率的测定 振频率与基频之比得到振动阶数 I1，这是无弯 曲刚度索 的一个重要特性，利用这一特性 ，通 一 般来说，由于受环境振动的影响，斜拉 过频谱分析 ，可 以判断所测得的频率是否是该 桥的缆索会经常产生微振 。脉动法即通过量测 结构的 自振频率 ，这一 自检过程是很可贵的， 由环境随机激振而 产生的结构物微小振动，从 由频率的正确性进而保证了所计算索力的准 而确定结构物动力特性的方法。由于脉动信号 确性 。如图3、图4分别为典型斜拉索振动时 极其微弱 ，结合武汉长江二桥缆索的一阶频率 域信号图、振动信号的功率谱 图。 范围 约在 0．5～3．5Hz之间 的特点，选用了 囝z 缆索动力参数现场宴滞框图 图3 审l拉索案动时墟信号 图 一 33 维普资讯 0 l MAGL _l_ V x20 a 』一』 PWR SP A h@n LiN ． 5Hz X 537iHZ ： 0070 v ’ ● ● t ’ 0．1 r L MAG V x20 0 一 、 ． 1l_ P SP 5 nan LIN Hz Z 672Hz ii72 v 图 4 斜拉索振动僧号的功率谱图 实测过程中通常会遇到下列三种情况：第 120t，但用脉动法测得频率计算所得索力 为 一 种情况如图 S a ，某一索的功率谱线间隔 200t，两者相差较大。检查张