彩虹橋系桿拱吊桿索力測(cè)試的應(yīng)用

閆軍濤

(河北華能京張高速公路有限責(zé)任公司)

1 用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法測(cè)量吊索自振特性的基本步驟

(1)選擇測(cè)量斷面，選擇每根吊索易測(cè)的斷面作為測(cè)點(diǎn)。

(2)測(cè)量并記錄各測(cè)點(diǎn)水平方向的振動(dòng)信號(hào)。

(3)對(duì)測(cè)得的各點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行譜分析處理，得到各測(cè)點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)的功率譜。

(4)各階模態(tài)的自振頻率可以通過(guò)譜圖上的峰值位置來(lái)確定。

2 振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量

進(jìn)行吊索振動(dòng)測(cè)量時(shí)，每一測(cè)點(diǎn)傳感器按水平方向吸附在吊索側(cè)面。

3 測(cè)量及分析儀器

自振特性的測(cè)量及分析儀器采用加速度傳感器配濾波放大器和便攜式數(shù)據(jù)采集分析儀，具體型號(hào)及配套框圖如圖1。

圖1 索力測(cè)試原理圖

4 測(cè)試結(jié)果

在索力測(cè)試中，垂直于吊索方向的振動(dòng)對(duì)索力的計(jì)算是有意義的，因此本次檢測(cè)只對(duì)垂直于吊索方向(水平方向)的振動(dòng)頻率進(jìn)行分析。

本次檢測(cè)的系桿拱橋的吊索，其邊界條件為兩端固定，索的質(zhì)量均勻分布，索力的計(jì)算公式(1)

式中:T為索的拉力，KN;M為單位長(zhǎng)度的索重，(kg/m);L為吊索的長(zhǎng)度，m;fn為第階自振頻率，Hz。

5 工程應(yīng)用

目的通過(guò)對(duì)主橋吊桿索力的測(cè)試，掌握吊桿的實(shí)際軸力并判定吊桿疲勞壽命的斷裂韌性是否滿足使用要求。

原理采用9818型加速度傳感器配濾波放大器和便攜式數(shù)據(jù)采集分析儀。測(cè)量并記錄各吊桿在風(fēng)荷載作用下的時(shí)頻振動(dòng)信號(hào)。將測(cè)得的各點(diǎn)時(shí)頻信號(hào)進(jìn)行頻譜分析處理，可以得到各測(cè)點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)的功率譜，通過(guò)譜圖上的峰值位置來(lái)確定吊桿的各階振動(dòng)頻率，根據(jù)吊桿的振動(dòng)頻率計(jì)算其鋼束的拉應(yīng)力。

彩虹橋部分吊索自振特性及索力曲線見(jiàn)圖2。

圖2 彩虹橋部分吊索自振特性及索力曲線

索力測(cè)試具體結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 彩虹橋主橋第一、三孔吊索索力匯總表

續(xù)表

6 主要結(jié)論

(1)從上表彩虹橋吊索索力匯總表可以看出，多數(shù)索力的測(cè)試值相對(duì)比較均勻，但與理論值相比，多數(shù)吊索索力實(shí)測(cè)值大于理論值，特別是臨近拱腳處的吊索索力與理論值相差較大，這是由于以上索力是在非斷交情況下，即正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下所測(cè)的值，由于車輛行駛過(guò)程對(duì)吊桿本身的振動(dòng)造成了影響所致。另處，索力測(cè)試時(shí)期是該地區(qū)風(fēng)力最大值出現(xiàn)月份，風(fēng)對(duì)索的振動(dòng)帶來(lái)的影響較大。而靜載試驗(yàn)(斷交情況下)所測(cè)數(shù)據(jù)與理論值差距較小，可以得知大部分吊桿索工作基本正常。但要加強(qiáng)對(duì)其的定期檢測(cè)工作。

(2)該橋拱腳處的吊桿，由于其長(zhǎng)度較短，自振頻率較高，兩端邊界條件無(wú)法完全按照鉸支或固端情況處理，可能使實(shí)測(cè)頻率偏高，進(jìn)而使實(shí)測(cè)軸力值偏大。

(3)該橋單根吊桿的極限軸力5848.5kN，吊桿的實(shí)測(cè)軸力均小于2 500kN，其最大值為均于2 .20，其安全系數(shù)(實(shí)測(cè)軸力/極限軸力)為2.43，介于規(guī)范規(guī)定的“強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)的安全系數(shù)3.0，更換吊索時(shí)的安全系數(shù)1.8”之間，說(shuō)明其余吊桿能夠滿足吊桿疲勞壽命的斷裂韌性的使用要求，但也應(yīng)定期觀測(cè)其軸力變化情況。

(4)該橋單根吊桿的極限軸力5848.5kN，其吊桿索力安全系數(shù)為3.0時(shí)的索力值為1949.5kN。從實(shí)際測(cè)試結(jié)果可以看出，有64根吊桿的實(shí)測(cè)值小于1949.5kN，僅有8根略大于1949.5kN需進(jìn)行定期的觀測(cè)。

7 結(jié)束語(yǔ)

在非斷交交通情況下采用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法測(cè)量吊索索力，應(yīng)充分考慮行車及沿海風(fēng)力對(duì)索力測(cè)量的影響應(yīng)與靜載試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行充分的對(duì)比，以排除行車及風(fēng)力所產(chǎn)生的影響。系桿拱橋中拱腳短吊桿的彎曲剛度不容忽視，其影響隨著吊桿長(zhǎng)度的減小而增大，考慮以上因素的影響對(duì)提高環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試精度是有益的。

[1] 金成棣.預(yù)應(yīng)力混凝土梁拱組合橋梁設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐[M].北京:人民交通出版社，2001.

[2] 胡大琳.橋涵工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2000.

[3] 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD62-2004)[S].