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斜拉桥索力检测方法
更新时间:2021-04-10 17:51
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斜拉桥的理想受力状态是主塔受压、斜索受拉的形式。主塔受压是由对称分布的斜索将静、动荷载作合理传递而形成的。因此斜索张拉力的大小和变化情况直接决定着主塔以及整体结构的受力、变形状态。为了解结构是否安全、合理及营运过程中的变化情况,首先必须掌握斜索索力的变化规律。所以如何准确地量测索力,一直是设计、施工和科研部门所关注的课题。常用的测量方法分为直接法和间接法两类。例如压力表测定法、电测法等属直接法,通常用以施工过程中的监控测量;振动频率法多用于成桥后的检测工作。

一、压力表测定法

在当前的施工过程中,斜索的张拉均使用油压千斤顶,无一例外。根据千斤顶油缸中液压和索拉力的关系,只需测定油缸中的油压即可求得索力。若油压表的精度高,千斤顶系统完好,这种方法可以得到较为准确的结果。通常在使用之前,必须将千斤顶和配套的油压表进行严格地标定。在千斤顶的满荷载范围内,划分若干加载级别,建立张力吨位与油压表读数间的相关曲线,以供施工时参考。但在实际工程中使用的油压表的精度并不高,也容易发生故障;再者千斤顶的内摩阻力难以准确地预计,它是随着油封的磨损程度和张拉吨位的大小而变化的。此外千斤顶是串人斜索与锚头之间使用的,桥梁投入正常营运后,就无法再使用油压表进行索力测量。

二、电测法

电测法是运用电阻应变片测量的原理,将粘有电阻应变片的张拉连杆或筒式压力传感器接在千斤顶上,把索力的变化转成电信号,由 电阻应变仪或电子秤反映出来。这种方法的精度可以达到满量程的1/1000的误差。应变片用八片全桥方式贴在张拉杆上,并接有温度补偿和零点补偿电阻。这种测力系统也是用于施工阶段张拉索力的控制。压力筒贴片也是八片全桥方式,但质量容易保证,使用也比张拉杆方便。用时可套在张拉杆外面进行检测。压力筒可用于施工阶段张拉索力的控制,也可将其留在锚具与索孔垫板之间供长期使用,进行在线监测。

通常斜拉桥的斜索比较多,而且分布广,如果作全桥检测需要布置的导线则很多很长;另外压力传感器价格昂贵,大吨位造价更高,因此电测法虽然精确,但不宜大量使用。再者随着时间变化应变片对变形的反应也越来越迟钝,检测误差也将随之增大。

三、钢索测力仪法

钢索测力仪是20世纪80 年代发展起来的一种测力仪器,其原理是根据张紧的完全柔性弦作横向振动时,张力与自振频率之间的关系,通过测取弦的自振频率来计算弦的张拉力。弦的张力与弦单位长度的质量、弦的长度、重力加速度等因素有关。检测时给索以特定的振动信号,通过放大、整形求出谐振周期。由周期与频率的倒数关系代人上式求索力。实际应用的此类仪器,一般都是经过预先标定,给出周期与索力的关系曲线,直接换算索力。这种方法的测试对象大多为直径在2cm以下的细钢丝。

四、振动频率法

信号处理技术在电子计算机大量涌现的前提下得到了长足发展与应用。这一技术推动了斜拉桥索力检测分析的进步,使之能在桥梁的任何工作状态下实时测求斜索的张力。早期的斜拉桥跨径小、桥面窄,斜索直径细、索力也较小,对索施加人工激振,即可形成一阶驻波,使用一般的频率测试仪就不难得到索的基频。随着大跨度、特大跨度斜拉桥的出现,斜索索力达到数千千牛甚至上万千牛i索的自重一般超过50kg/m,有时可达100kg/m。这种情况下,人工激振难以获得理想的振动信号;同时对如此之大的构件也不可能通过预先标定,得出频率与索力之间的关系。为此提出了利用斜索随环境变化时发生随机振动的特征,来测求斜索频率的振动法。将高精度拾振器采集的信号进行频谱分析,由功率谱图上的峰值判断斜索的各阶频率,然后再根据频率与索力之间的关系求出索力。目前利用信号处理技术已不难解决测试频率的问题,但怎样建立斜索的力学模型来精确地计算索力仍有一定的难度。例如索两端的结点如何处理,索根附近安装了减振圈应怎样考虑等等,都是有待解决的问题。

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