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    基于振動(dòng)頻率法的吊桿索力測(cè)試

    2014-12-25 05:55:44董永中
    科技視界 2014年24期
    關(guān)鍵詞:索力吊桿拱橋

    董永中

    (靈臺(tái)縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局,甘肅 靈臺(tái) 744400)

    0 引言

    南水北調(diào)某跨渠橋梁上部結(jié)構(gòu)采用簡(jiǎn)支梁拱組合下承式拱橋,全橋兩片拱肋,采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。橋面跨度7.7m,跨徑93m,計(jì)算跨徑90m,計(jì)算矢跨比為1/5,拱軸線為二次拋物線。,拱肋截面為等截面啞鈴型,主弦桿鋼管內(nèi)灌注C50 微膨脹混凝土,拱肋采用Q345C 鋼材,弦桿采用螺旋焊接管,拱肋間設(shè)三道“一”字形平面桁式橫撐和兩道“K”字桁式橫撐以增強(qiáng)拱肋間橫向穩(wěn)定性,橫撐為桁式啞鈴型截面,橫撐與弦桿拱肋連接采用外包鋼板連接。

    吊桿采用PES7-73 鍍鋅高強(qiáng)平行鋼絲,吊桿上端為可調(diào)錨頭,下端為固定錨頭。1#、2#、3# 短吊桿采用下端帶球鉸裝置的吊桿。使用頻率法測(cè)試索力具有快速實(shí)用準(zhǔn)確的特點(diǎn),在實(shí)際工程中有廣泛實(shí)用。索力的合理分配及測(cè)試是保證順利施工和安全運(yùn)營(yíng)必要手段。

    圖1 橋梁空間有限元計(jì)算模型

    圖2 吊桿單元體受力圖

    1 模型建立

    采用有限元軟件MIDAS/CIVIL 建立南水北調(diào)魏崗鋪北跨渠系桿拱橋的空間有限元模型,根據(jù)其在水平投影間距相等的原則每片拱肋劃分為180 個(gè)單元。拱肋橫撐,包括橫撐腹桿和斜桿均采用梁?jiǎn)卧M,而橫撐與拱肋之間具有變形協(xié)調(diào)關(guān)系,因此加以剛臂來(lái)實(shí)現(xiàn)拱肋與橫撐之間的連接。剛臂作用可以用MIDAS/CIVIL 中的剛性連接來(lái)模擬,如圖1 所示。

    2 頻率法索力測(cè)試原理

    2.1 振動(dòng)頻率法的基本方程

    弦振動(dòng)理論是振動(dòng)頻率法測(cè)試柔性吊桿索力的理論基礎(chǔ)。

    將吊桿看作是兩端張拉的弦,如果考慮吊桿的抗彎剛度EI,并假設(shè):

    (1)拉緊后吊桿是一條直線,不考慮自重和阻尼的影響;

    (2)吊桿只有微幅橫向自由振動(dòng),不存在橫向力的作用;

    (3)吊桿是均質(zhì)材料,即ρ(x)=常數(shù)。

    吊桿在索力作用下作橫向微幅自由振動(dòng),橫向位移為y(x,t),在吊桿上任意取一單元體作為研究對(duì)象,它的受力如圖2 所示。

    根據(jù)力學(xué)平衡條件,建立吊桿在拉緊狀態(tài)下的自由振動(dòng)方程:

    式中:EI 是吊桿的彎曲剛度;y(x,t)是沿吊桿方向在t 時(shí)刻x 點(diǎn)的橫向振幅;x 是沿吊桿軸向的坐標(biāo);T 是吊桿的索力;ρ 是吊桿的線密度;t 是時(shí)間。

    2.2 實(shí)橋索力測(cè)試分析

    結(jié)合本文的工程背景,系桿拱橋吊桿張拉分兩次進(jìn)行,吊桿編號(hào)如圖3 所示,初始張拉力如表1 所示。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定K 值的方法測(cè)試吊桿索力,分別在兩次張拉后對(duì)全部索力進(jìn)行了測(cè)試,限于篇幅本文僅給出最終吊桿張拉調(diào)索后下游(北)2#~14# 吊桿的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果,如表2 所示。

    表1 吊桿初始張拉力(kN)

    圖3 吊桿編號(hào)示意圖

    表2 下游(北)2#~14#吊桿在不同約束條件下的測(cè)試索力(KN)和誤差

    圖4 吊桿抗彎剛度的影響

    3 結(jié)論

    (1)結(jié)合吊桿的構(gòu)造圖,吊桿上下端分別錨固與拱肋的上緣和系桿的下緣,兩端連接部分剛度比較大,這對(duì)吊桿的索力計(jì)算有著不容忽視的影響。采取的有效措施是對(duì)吊桿邊界條件進(jìn)行修正,即采用等效鉸接法,在不考慮抗彎剛度的影響下,從上表可以看出采用等效鉸接法計(jì)算出的吊桿索力與現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定K 值后實(shí)測(cè)索力比較接近,誤差均在5.5%以內(nèi),滿足工程要求。

    (2)吊桿抗彎剛度的影響值與吊桿線剛度集度(EI/L2)成正比,即吊桿越短,抗彎剛度對(duì)索力測(cè)試計(jì)算結(jié)果的影響就越大。因此,對(duì)于短吊桿不能忽視抗彎剛度的影響,考慮吊桿的抗彎剛度對(duì)于提高索力測(cè)試精度是有益的。

    [1]陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工[M].北京:人民交通出版社,1999.

    [2]Tveit P.The Network Arches.An Extended Manuscript from 21 lectures in 12 countries in year2000[Z].

    [3]Tveit P.The Design of Network Arches[J].The Structural Engineer,July 1996.

    [4]韓林海.鋼管混凝土結(jié)構(gòu):理論與實(shí)踐[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

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