斜拉桥索力测定及其参数识别

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1、桥隧工程斜拉桥索力测定及其参数识别112刘金秋，陈康俊，黄才良(1.浙江省交通规划设计研究院，浙江杭州310006；2.大连理工大学土木水利学院，辽宁大连116024)摘要：文章总结了当今几种斜拉桥斜拉索索力的检测方法及其优缺点，重点讨论了当今应用最为广泛的索力检测法———频率法的原理、应用及所存在的理论问题。分析采用频率法测定索力时，对影响其测量精度的主要因素：索的刚度、索的垂度、索的边界条件等进行了比较详尽的分析，并对不易确定的拉索抗弯刚度进行参数识别，通过对拉索振动信号的频谱分析，得到扭绞型高强钢丝斜拉索的抗弯惯性矩约为同直径钢棒的0.5倍，并提出

2、了两端为墩头锚的斜拉索索长修正的经验公式。该方法对于精确测定施工过程中、使用状态及成桥状态的拉索的索力均适用，并在某斜拉桥工程算例得到验证。关键词：桥梁工程；抗弯刚度；频率法；索力；斜拉桥；参数识别；施工控制中图分类号：U448.27文献识别码：B斜拉桥属高次超静定结构，成桥状态的主梁线形和就更贵，自身重量也大。因此，这种方法虽然测定的精结构内力与施工方法和安装顺序密切相关，施工过程中度好，却只能在特定场合下使用。置于千斤顶张拉活塞的结构内力和线形也随着施工的进行而不断变化。特别和连接杆螺母之间的传感器，仅适用施工阶段的索力测是斜拉索的存在，使得设计计算

3、和施工控制更加复杂。量；置于锚具和索孔垫板之间的传感器，由于其不能重斜拉索的索力，是斜拉桥设计与施工中的一个重要参复使用，因此成本很高，实际工程中极少采用。数，其索力测试的准确与否关系到斜拉桥施工控制能否1.3频率法顺利实施、斜拉桥能否成功修建。要在施工中准确控制用该方法测量拉索索力，需首先设法测出拉索的振索力，首先必须掌握索力测定技术。动频率，因拉索的振动频率与拉索的索力之间存在着一定的关系。对于某一根给定的拉索（即已知拉索的长1斜拉索索力测定方法度、每延米拉索的质量及拉索两端的支承条件），只要迄今为止，测定索力普遍采用下述3种方法：压力测出拉索的振动

4、频率，便可求得该拉索的索力。采用基表测定千斤顶液压；压力传感器直接测定；根据拉索振于振动原理的频率法，其索力测量精度受很多因素的影动频率，换算索力。响，这些因素主要有拉索的抗弯刚度、拉索垂度、拉索1.1压力表测定千斤顶液压[1～3]的边界条件（计算长度）等。如果不能合理地考虑这些由于千斤顶张拉油缸中的液压和张力有直接的关影响因素，索力测量结果将出现较大的偏差，以至于其系，所以，只要测定张拉油缸的压力就可求得索力。测量结果不能应用于施工控制中。频率振动法测定索力，设备可重复使用，整套仪器由液压换算索力的方法，由于其简单易行，因而是携带、安装方便，测定结果可

5、靠，特别适用于对索力进在施工过程中控制索力较实用的一种方法，适合于施工行复测及测定活载对索力的影响。当需要对已施工完毕阶段拉索张拉时确定张拉索索力的大小，但不适合非张的斜拉索的索力进行复测时，频率法几乎是惟一的选择。拉索及成桥后的索力测量，因为反复移动和安装大吨位千斤顶是一件十分复杂的事情。2频率法测定索力[1～3]1.2压力传感器直接测定根据弦振动原理，对于抗弯刚度可以忽略的柔性拉张拉时，在千斤顶张拉活塞和连接杆螺母之间套装[4，5，7，10]索，当其张紧时，其动力平衡方程为一个穿心式的压力传感器，受压后输出电讯号，于是就可在配套的二次仪表上读出千斤顶

6、的张拉力。（1）压力传感器的售价相当高，特别是大吨位的传感器作者简介：刘金秋(1978-)，女，辽宁盖州人，工程师，从事桥梁设计工作。1482009年05期(总第53期)式中，y为横向坐标（垂直于索的长度方向）；x为纵向力测量精度不受拉索垂度影响；（2）测量索力时尽量不要坐标（沿索的长度方向）；w为单位索长的重量；T为索采用奇数阶模态的频率，若采用奇数阶模态的频率计算的张力；t为时间。若索的两端为铰结时，解上述方程索力时应进行修正，修正系数为，即如果用奇数阶频率可得1计算索力而不进行拉索自重垂度修正，则索力计1+kn（2）算结果偏大。式中，fn为拉索第n

7、阶自振频率；L为拉索的计算长度；4拉索计算长度的修正[11]n为自振频率的阶数。斜拉索一般采用φ5mm或φ7mm的预应力高强钢丝当索的抗弯刚度不能忽略（即刚性索）且索的两端并拢经大节距扭绞，绕包且在其外热挤包裹高密度聚乙为铰结时，同样可根据其动力平衡条件得到烯护层而形成的半平行钢丝索，这种索挠曲性能好，可（3）以自由地缠绕在卷筒上进行长途运输，亦在工厂中机械化制作。从试验得知，纽绞角小于4°时，其弹性模量和式中，EI为索的抗弯刚度。上述频率法忽略了索的垂度疲劳性能不受损减。斜拉索两端为冷铸墩头锚。这种拉影响，其监测结果有一定的近似性。索既非理想的柔性索，

8、两端也不完全是固定铰接。对于3拉索垂度影响分析理论模型与实际拉索边界条件的差别可