案例應(yīng)用丨斜拉橋索力測(cè)試原理與工程應(yīng)用

2022-07-27 09:52 作者:江蘇東華測(cè)試 0人讀過(guò) | 我要投稿

? ? ? 拉索作為一種高效地承受拉力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，廣泛地應(yīng)用于橋梁、高聳大跨工程結(jié)構(gòu)中，包括斜拉橋、懸索橋、拱橋、塔桅結(jié)構(gòu)、張拉屋頂?shù)取?/p>

概述?

索與其它剛性結(jié)構(gòu)構(gòu)件不同，具有以下特點(diǎn)：

? ? ① 索沒(méi)有抗壓強(qiáng)度，只承受拉力；

? ? ② 索抗拉強(qiáng)度的大小除與其本身的截面特性有關(guān)之外，還與其自重及外部作用有關(guān)；

? ? ③ 伴隨著較小的應(yīng)變和應(yīng)力，索會(huì)產(chǎn)生很大的位移，體現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性特性；

? ? ④ 索會(huì)產(chǎn)生松弛和應(yīng)力損失。

? ? ? 索張拉結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，必須準(zhǔn)確測(cè)量拉索張力以保證工程安全和施工順利進(jìn)行。如在斜拉橋和用扣索加勁的拱橋施工中，必須調(diào)整索力以達(dá)到索力和線型的優(yōu)化。另一方面，在工程結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中，拉索往往由于腐蝕和振動(dòng)等原因受到損害，導(dǎo)致拉索的索力松弛。作為張拉結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，拉索的損害將會(huì)給結(jié)構(gòu)帶來(lái)災(zāi)難性的后果。受到損壞的拉索，索力將發(fā)生變化，而變化的索力會(huì)影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布和結(jié)構(gòu)線型，因此索力可以作為結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)估的重要指標(biāo)，在整個(gè)工程施工和使用期限內(nèi)，都必須準(zhǔn)確地了解索力狀況。

基本原理

? ? ? 振動(dòng)法測(cè)索力是目前測(cè)量斜拉橋索力應(yīng)用最廣泛的一種方法。其原理是以環(huán)境振動(dòng)或者強(qiáng)迫激勵(lì)拉索，傳感器記錄下拉索振動(dòng)的時(shí)程數(shù)據(jù)，并有此識(shí)別出索的振動(dòng)頻率。而索的拉力與其固有頻率之間存在著特定的關(guān)系。于是，索力就可由測(cè)得的頻率經(jīng)換算而間接得到。? ??

索在張緊狀態(tài)下，其自由振動(dòng)方程為（1）：

? ? ? 式中，x為沿索方向坐標(biāo)，u(x，t)為索上各點(diǎn)在時(shí)刻t的橫向位移；EI為索的抗彎剛度；T為索拉力；ρ為索的線密度。

假定索的邊界條件為兩端鉸接，則方程（1）的解為式（2）：

? ? ? 式中，n為索自振頻率的階數(shù)，n=1、2、3??；f_n為索的第n階自振頻率；l為纜索的計(jì)算索長(zhǎng)。
忽略索彎曲剛度的影響，式（2）變?yōu)椋?）：

? ? ? 公式（3）到推導(dǎo)過(guò)程是建立在將拉索理想化為“張緊的弦”，但是由于忽略了拉索實(shí)際存在的垂度和抗彎剛度的影響, 有時(shí)會(huì)帶來(lái)不可接受的誤差, 需要對(duì)弦公式進(jìn)行修正?？紤]垂度和抗彎剛度后, 索的振動(dòng)方程呈現(xiàn)非線性, 因此有必要尋求簡(jiǎn)單實(shí)用的由頻率換算索力的工程公式。

? ? ? 對(duì)于斜拉橋拉索而言可以忽略抗彎剛度的影響，但必須考慮垂度的影響，因此采用索振動(dòng)的一階位型, 用能量法推導(dǎo)出考慮索垂度影響時(shí)拉索基頻與索力的關(guān)系, 進(jìn)而用曲線擬合方法建立了索力計(jì)算實(shí)用公式。

最終，考慮垂度影響的斜拉橋索力計(jì)算公式如下：

其中無(wú)量綱參數(shù)λ^2反映拉索的垂度和彈性模量對(duì)自振頻率的影響。

東華索力測(cè)試分析系統(tǒng)

東華測(cè)試擁有完整的索力分析系統(tǒng)。

■ 典型產(chǎn)品：DH5906W無(wú)線索力測(cè)試系統(tǒng)

◆ 內(nèi)置高靈敏加速度傳感器

◆?量程范圍1g

◆?最高采樣速率1kHz

◆?頻率分辨率可達(dá)0.01Hz

◆?WiFi無(wú)線數(shù)據(jù)通訊

◆?采集模塊通訊距離200米

◆?每臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)控制16個(gè)模塊

◆?低功耗設(shè)計(jì)，內(nèi)置可充電鋰電池組，連續(xù)工作時(shí)間8小時(shí)以上。

■ 軟件平臺(tái)：DHDAS動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析軟件索力分析模塊◆ 具備最高32768點(diǎn)的頻譜分析點(diǎn)數(shù)，從而獲得頻率分辨率更高的頻譜圖，確保精確地識(shí)別拉索基頻頻率值；◆ 針對(duì)不同類型拉索橋（如，拱橋、斜拉索橋、懸索橋主索、懸索橋吊索）調(diào)用相應(yīng)的索力計(jì)算算法，每種算法都會(huì)自適應(yīng)地對(duì)拉索垂度、抗彎剛度影響因素進(jìn)行工程修正。