振動頻率法檢測吊桿索力試驗研究

江 聰 聰

(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

振動頻率法檢測吊桿索力試驗研究

江 聰 聰

(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

介紹了振動頻率法的基本原理，并利用振動頻率法，對某懸索橋吊桿索力進行現(xiàn)場檢測，檢測結(jié)果與工程實際情況相符合，表明振動頻率法能夠保證吊桿索力測試的精度要求。

懸索橋，振動頻率法，吊桿，索力，精度要求

1 工程概況

該懸索橋為180 m跨度的柔性吊橋，矢高為15 m，矢跨比為1/12，兩側(cè)主纜各由14根φ45 mm鋼絲繩組成，橋面跨中原設(shè)計拱度0.92 m，其余各點按拋物線設(shè)計。全橋共設(shè)44對吊桿，上下游兩側(cè)對稱布置，每一側(cè)吊桿均沿由北岸至南岸依次為1號～44號吊桿，懸索橋立面圖見圖1。

2 檢測原理及測點布置

2.1 檢測原理

利用附著在吊桿上的高靈敏度加速度傳感器拾取吊桿在環(huán)境激勵或人工激勵下的振動信號，經(jīng)過濾波、放大和頻譜分析，再由頻譜圖確定拉索的自振頻率，最后根據(jù)頻率與索力的關(guān)系確定索力[1]。

其結(jié)果的準確性關(guān)鍵在于吊桿索力與自振頻率這兩者之間關(guān)系的準確性。頻率法測試吊桿索力的方法最早采用的是傳統(tǒng)的弦振動理論，即忽略吊桿的抗彎剛度與邊界條件對自振頻率的影響，將吊桿當(dāng)成一根拉緊的弦進行計算。此方法在測試索力時有其局限牲，因為其測量精度僅對較長的吊桿可以得到保證[2]。

2.2 測點布置

由于短吊桿的抗彎剛度對于固有頻率的影響不可忽略，而且無論是采用兩端固結(jié)模型還是兩端鉸支模型，最后求得的吊桿索力誤差都比較大，因此對于短吊桿，假如使用傳統(tǒng)的頻率法來測試索力，由于此方法的局限性，最后將會產(chǎn)生很大的誤差，故為保證測試的精確性，對該橋小于3 m的吊桿不采用振動頻率法測試索力[3]。

測試采用INV信號采集分析儀和INV9808加速度傳感器。傳感器固定在上游側(cè)吊桿距橋面約1.5 m位置處。加速度傳感器安裝見圖2。

3 吊桿索力的現(xiàn)場測試

現(xiàn)場采用振動法測試吊桿的激振頻率，根據(jù)頻率與索力的關(guān)系計算出構(gòu)件拉力，了解吊桿在恒載作用下的受力狀況。檢測時，考慮振動法測試條件要求，現(xiàn)場選取上游側(cè)長度超過3 m的吊桿進行測試，吊桿索力測試見圖3。

表1 吊桿拉力測試及分析結(jié)果

吊桿編號S-B-1S-B-2S-B-3S-B-4S-B-5S-B-6S-B-7S-B-8測試值/kN26.2322.2213.5331.5126.0725.8929.3445.36理論值/kN30.2031.4831.8232.1532.3732.4732.4932.45測試值與理論值差值-3.97-9.26-18.28-0.64-6.29-6.58-3.1412.92偏差率/%1329572192010-40校驗系數(shù)0.870.710.430.980.810.800.901.40吊桿編號S-B-9S-B-10S-B-11S-B-12S-B-13S-B-14S-B-15測試值/kN25.2125.5661.7633.7234.9826.7439.83理論值/kN32.3832.3132.2432.1932.1532.1332.14測試值與理論值差值-7.17-6.75-29.521.542.83-5.397.70偏差率/%2221-92-5-917-24校驗系數(shù)0.780.791.921.051.090.831.24吊桿編號S-B-30S-B-31S-B-32S-B-33S-B-34S-B-35S-B-36S-B-37測試值/kN43.3144.6929.9738.6336.6428.7525.2823.71理論值/kN32.1432.1332.1532.1932.2432.3032.3832.44測試值與理論值差值11.1712.55-2.186.444.41-3.56-7.10-8.73偏差率/%-35-397-20-14112227校驗系數(shù)1.351.390.931.201.140.890.780.73吊桿編號S-B-38S-B-39S-B-40S-B-41S-B-42S-B-43S-B-44測試值/kN21.3331.5425.2223.6915.7118.4721.33理論值/kN32.4732.3732.1531.8231.4830.2132.47測試值與理論值差值-11.14-0.82-6.93-8.13-15.78-11.74-11.14偏差率/%3432226503934校驗系數(shù)0.660.970.780.740.500.610.66注:S-B-XX表示上游側(cè)從北岸索塔至跨中吊桿編號,依次為1～15,30～44。其余吊桿為長度小于3m吊桿

采用Midas Civil有限元分析軟件建立有限元模型(見圖4)，分析吊桿恒載作用下的吊桿索力。

吊桿測試及理論分析結(jié)果見表1，圖5，圖6。

吊桿的部分測試時程曲線及頻譜曲線見圖7，圖8。

從測試結(jié)果可見，1號，4號，5號，7號，12號～14號，32號，34號，35號，39號等吊桿的偏差率未超過20%，但其余吊桿拉力測試值與理論值偏離較大，吊桿在恒載狀態(tài)時受力與計算值偏差較大。

4 結(jié)語

根據(jù)采集的振動頻率測試吊桿的索力。通過測試數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進行對比，結(jié)果基本上能滿足精度要求。振動頻率法測試簡單、快捷，能較真實地測試出吊桿的索力。

[1] 馮東明，李愛群，李枝軍，等.基于頻率法的自錨式懸索橋吊索力測試與分析[J].東南大學(xué)學(xué)報，2009(S2)：106-110.

[2] 周科平.大型鋼結(jié)構(gòu)室內(nèi)吊橋的吊桿索力測試分析參數(shù)優(yōu)化研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2015.

[3] 曾軍偉.懸索橋吊桿張力分析與振動測試研究[D].重慶:重慶大學(xué)，2008.

On detection of suspender force test with vibration frequency method

Jiang Congcong

(CollegeofCivilEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China)

The paper introduces the basic principle of the vibration frequency method, adopts the vibration frequency method to undertake the site detection of the suspender force of some suspension bridge, indicates the consistency between the tested results and the engineering circumstance, and proves the vibration frequency method can ensure the accurate demands for the test of the suspender force.

suspension bridge, vibration frequency method, suspender, cable force, accuracy requirement

1009-6825(2017)01-0189-03

2016-10-23

江聰聰(1993- )，男，在讀碩士

U448.25

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