基于振动频率法的吊杆索力测试

时间:2014-09-16 10:22 来源:www.fabiaoba.com 作者:董永中点击: 次

　　【摘要】频率法测试索力具有快速实用准确的特点，在实际工程中有广泛实用。本文通过南水北调某系杆拱桥的介绍频率法的测试的原理及应用。

　　【关键词】振动频率法；吊杆；索力测试

　　0 引言

　　南水北调某跨渠桥梁上部结构采用简支梁拱组合下承式拱桥，全桥两片拱肋，采用钢管混凝土结构。桥面跨度7.7m，跨径93m，计算跨径90m，计算矢跨比为1/5，拱轴线为二次抛物线。，拱肋截面为等截面哑铃型，主弦杆钢管内灌注C50微膨胀混凝土，拱肋采用Q345C钢材，弦杆采用螺旋焊接管，拱肋间设三道“一”字形平面桁式横撑和两道“K”字桁式横撑以增强拱肋间横向稳定性，横撑为桁式哑铃型截面，横撑与弦杆拱肋连接采用外包钢板连接。

　　吊杆采用PES7-73镀锌高强平行钢丝，吊杆上端为可调锚头，下端为固定锚头。1#、2#、3#短吊杆采用下端带球铰装置的吊杆。使用频率法测试索力具有快速实用准确的特点，在实际工程中有广泛实用。索力的合理分配及测试是保证顺利施工和安全运营必要手段。

　　1 模型建立

　　采用有限元软件MIDAS/CIVIL建立南水北调魏岗铺北跨渠系杆拱桥的空间有限元模型，根据其在水平投影间距相等的原则每片拱肋划分为180个单元。拱肋横撑，包括横撑腹杆和斜杆均采用梁单元模拟，而横撑与拱肋之间具有变形协调关系，因此加以刚臂来实现拱肋与横撑之间的连接。刚臂作用可以用MIDAS/CIVIL中的刚性连接来模拟，如图1所示。

　　2 频率法索力测试原理

　　2.1 振动频率法的基本方程

　　弦振动理论是振动频率法测试柔性吊杆索力的理论基础。

　　将吊杆看作是两端张拉的弦，如果考虑吊杆的抗弯刚度EI，并假设：

　　（1）拉紧后吊杆是一条直线，不考虑自重和阻尼的影响；

　　（2）吊杆只有微幅横向自由振动，不存在横向力的作用；

　　3 结论

　　（1）结合吊杆的构造图，吊杆上下端分别锚固与拱肋的上缘和系杆的下缘，两端连接部分刚度比较大，这对吊杆的索力计算有着不容忽视的影响。采取的有效措施是对吊杆边界条件进行修正，即采用等效铰接法，在不考虑抗弯刚度的影响下，从上表可以看出采用等效铰接法计算出的吊杆索力与现场标定K值后实测索力比较接近，误差均在5.5%以内，满足工程要求。

　　（2）吊杆抗弯刚度的影响值与吊杆线刚度集度（EI/L2）成正比，即吊杆越短，抗弯刚度对索力测试计算结果的影响就越大。因此，对于短吊杆不能忽视抗弯刚度的影响，考虑吊杆的抗弯刚度对于提高索力测试精度是有益的。

　　【参考文献】

　　[1]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[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]韩林海.钢管混凝土结构：理论与实践[M].北京：科学出版社，2004.

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