案例应用丨斜拉桥索力测试原理与工程应用

宣布时间：2020-04-24

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拉索作为一种高效地遭受拉力的结构构件，普遍地应用于桥梁、高耸大跨工程结构中，包括斜拉桥、悬索桥、拱桥、塔桅结构、张拉屋顶等。

一、概述

索与其它刚性结构构件差别，具有以下特点：

① 索没有抗压强度，只遭受拉力；

② 索抗拉强度的巨细除与其自己的截面特征有关之外，还与其自重及外部作用有关；

③ 陪同着较小的应变和应力，索会爆发很大的位移，体现出较强的非线性特征；

④ 索会爆发松懈和应力损失。

索张拉结构施工历程中，必需准确丈量拉索张力以包管工程清静和施工顺遂举行。如在斜拉桥和用扣索加劲的拱桥施工中，必需调解索力以抵达索力和线型的优化。另一方面，在工程结构使用历程中，拉索往往由于侵蚀和振动等缘故原由受到损害，导致拉索的索力松懈。作为张拉结构的主要构件，拉索的损害将会给结构带来灾难性的效果。受到损坏的拉索，索力将爆发转变，而转变的索力会影响结构内力漫衍和结构线型，因此索力可以作为结构康健状态评估的主要指标，在整个工程施工和使用限期内，都必需准确地相识索力状态。

二、基来源理

振动法测索力是现在丈量斜拉桥索力应用最普遍的一种要领。其原理是以情形振动或者强迫激励拉索，传感器纪录下拉索振动的时程数据，并有此识别出索的振动频率。而索的拉力与其固有频率之间保存着特定的关系。于是，索力就可由测得的频率经换算而间接获得。

索在张紧状态下，其自由振动方程为（1）：

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式中，x为沿索偏向坐标，u(x，t)为索上各点在时刻t的横向位移；EI为索的抗弯刚度；T为索拉力；ρ为索的线密度。

假定索的界线条件为两头铰接，则方程（1）的解为式（2）：

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式中，n为索自振频率的阶数，n=1、2、3??；f_n为索的第n阶自振频率；l为缆索的盘算索长。

忽略索弯曲刚度的影响，式（2）变为（3）：

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公式（3）到推导历程是建设在将拉索理想化为“张紧的弦”，可是由于忽略了拉索现实保存的垂度和抗弯刚度的影响, 有时会带来不可接受的误差, 需要对弦公式举行修正�Ｋ剂看苟群涂雇涓斩群�, 索的振动方程泛起非线性, 因此有须要追求简质朴用的由频率换算索力的工程公式。

关于斜拉桥拉索而言可以忽略抗弯刚度的影响，但必需思量垂度的影响，因此接纳索振动的一阶位型, 用能量法推导出思量索垂度影响时拉索基频与索力的关系, 进而用曲线拟合要领建设了索力盘算适用公式。

最终，思量垂度影响的斜拉桥索力盘算公式如下：

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其中无量纲参数λ^2反应拉索的垂度和弹性模量对自振频率的影响。

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三、币游国际索力测试剖析系统

币游国际测试拥有完整的索力剖析系统。

■ 典范产品：DH5906W无线索力测试系统

◆ 内置高迅速加速率传感器

◆ 量程规模1g

◆ 最高采样速率1kHz

◆ 频率区分率可达0.01Hz

◆ WiFi无线数据通讯

◆ 收罗�？橥ㄑ毒嗬�200米

◆ 每台盘算机可同时控制16个�？�

◆ 低功耗设计，内置可充电锂电池组，一连事情时间8小时以上。

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图1 DH5906W无线索力测试系统实物照片

■ 软件平台：DHDAS动态信号测试剖析软件索力剖析�？�

◆ 具备最高32768点的频谱剖析点数，从而获得频率区分率更高的频谱图，确保准确地识别拉索基一再率值；

◆ 针对差别类型拉索桥（如，拱桥、斜拉索桥、悬索桥主索、悬索桥吊索）挪用响应的索力盘算算法，每种算法都会自顺应地对拉索垂度、抗弯刚度影响因素举行工程修正。

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图2 索力剖析�？樯柚媒缑�

◆ 拉索现场振动数据收罗完毕，软件会自动天生振动加速率频谱图，在频谱图中单光标选取拉索基频，软件会自动盘算索力效果，并显示于谱图界面中，如图3所示。

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图3 索力剖析�？樾Ч允窘缑�

四、工程应用

由表中数据可知，接纳币游国际索力测试剖析系统实测索力与接纳直接法获得的检测索力较量靠近，误差在工程允许规模之内。

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表1 某跨江斜拉索桥举行的1#～5#索力测试数据

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币游国际(中国区)官方网站入口图4 索力测试现场照片

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