斜拉桥的索力测试及其参数识别

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1、华南理工大学学报（自然科学版）第29卷第1期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol.29No.12001年1月（NaturalScienceEdition）January2001一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一文章编号：1000-565X（2001）01-0018-04斜拉桥的索力测试及其参数识别王卫锋1韩大建2（1.华南理工大学交通学院，广东广州510640；2.华南理工大学建筑学院，广东广州5106

2、40）摘要：对采用频率法测定斜拉桥索力时的若干问题诸如索的刚度，索的垂度，索的边界条件等因素对索力测试精度的影响进行了比较详尽的分析，并通过索力标定、对索的参数进行识别，最后通过番禺大桥的实测表明根据所测频率基于振动原理所获的索力在一般情况下具有相当的精度，可以满足斜拉桥施工控制的需要。关键词：索力；参数识别；施工控制；频率法中图分类号：U446.1；U448.27文献标识码：A斜拉桥索力测试的准确与否直接关系到斜拉桥具有足够的精度，于是拉索的形状可用抛物线来表施工控制的顺利实施，是斜拉桥能否成功修建的关示［1］［2］.拉索在y方向的运动方程可

3、写成键问题之一.在工程实际中，常用的索力测定方法有94（1x，t）92（1x，t）92yEI4-H2-h（t）2+压力表测定法，压力传感器测定法以及频率法，由于9x9x9x2前两种方法一般仅适用于在张拉斜拉索时的索力测9（1x，t）m2=0（1）定.当需要对已施工完毕的斜拉索进行索力复核时，9t式中：H———图1所示拉索OP方向的张力，H=频率法几乎是唯一的选择。现在，频率的测试精度H”/cos"；"———拉索倾角；m———索线密度；可以达到万分之一的精度，所以频率法所确定的索EI———索的弯曲刚度；h（t）———由振动引起的拉索力精度在很大程

4、度取决于索本身参数的可靠性，诸张力的增量.如索的刚度、索的计算长度，索的线密度等.本文将对这些影响因素进行比较详尽的分析，给出相应的分析结果，并对索的线密度!，弯曲刚度"#进行参数识别，以便频率法在实际工程中能得到更为有效的应用.1拉索振动的特征方程图1表示斜拉索及其坐标系，分析时假定：1）垂跨比!=S/l0很小（S＜1）；2）拉索只在xy平面内振动，其在x方向的运动很小，可忽略不计，即U=0，而在y方向的挠度1＜1；3）当垂跨比!＜1/6时，用抛物线代替悬链线图1斜拉索及其特性Fig.1Stayed-cabieanditscharacteri

5、stics收稿日期：1999-09-14根据假定2）、3），拉索的几何形状可表示为作者简介：王卫锋（1967-），男，讲师，博士，主要从事桥梁4iy=x（l-x）（2）2等结构的检测研究.l第1期王卫锋等：斜拉桥的索力测试及其参数识别19式中：d———拉索在xy坐标系中定义的垂度，如图1lH2（cos（hml）-1）2sinh（2ml）e8d11EA=(l)[3-3-所示.m1sin（hm1l）m1（cos（hml）-1）2sin（2ml）把式（2）代入式（1）可得：223-3]（18）S4（1x，t）S2（1x，t）S2（1x，t）m2sin

6、（hm2l）m2EI4-H2+m2SxSxSt1.2振动特征方程的求解=8dh（t）（3）式（14）、（18）均为超越函数方程，可用迭代法求l2解.方程（3）的解即为1e=Asin（hm1x）+Bcos（hm1x）+2垂度、斜度和边界条件的影响Csi（nm2x）+Dco（sm2x）+Ee（4）式中2.1抗弯刚度和边界条件的影响m2=B2+B4+Y4（5）索的边界条件实际上是介于铰支和固支之间，1较为接近固支的情况［2，4］.一般，在不考虑垂度和斜m2244（6）2=-B+B+Y度影响时，当抗弯刚度为零，两种边界条件下索力的2B=H/2EI（

7、7）计算结果是一致的.考虑垂度，斜度和抗弯刚度影响42/EI（8）Y=mw时，两种边界条件下索力的计算结果亦有所不同.分Ee=8dhe/mw2l2（9）析表明，对斜拉桥而言，索长一般大于40m，两种边根据Irvine公式［3］有界条件下计算的索力一般不超过5%（如表1所示）.hdS3dy()=SU+S1（10）表1抗弯刚度和边界条件的影响EAdxSxdxSxTabie1Theeffectofbendingrigidityandboundarycondition式中：EA———拉索的抗拉刚度.索长/质量弯曲刚度频率f1T1）T2）误差/根据假定2

8、：U~0，从而可得到式（11）.21m/kg·m-1（/kN·m）（/Hz）（/kN）（/kN）%heewt8dlEAle=2（Asin（hm1x）+