斜拉桥施工过程斜拉索力监测分析

李 劭 暐

(上海市政建设有限公司，上海 200092)



斜拉桥施工过程斜拉索力监测分析

李 劭 暐

(上海市政建设有限公司，上海 200092)

介绍了采用频率法测试某斜拉桥施工过程索力的难点与步骤，分析了运用频率法测试其索力的各种影响因素，并提出了索力频率法测试误差的控制措施，通过现场实践证明了该测试方法的有效性。

斜拉桥，频率法，索力，误差

1 斜拉桥索力频率法测试的难点分析

能否对斜拉索索力进行精确的测量，在很大程度上决定着斜拉桥施工质量和正常运营。斜拉桥索力测试的方法很多，其中频率法确定斜拉索力具有精度高、使用方便、适合长期和多次测试的优点。其原理是利用索力与索的振动频率之间存在对应关系的特点，在已知索长度、两端约束情况、分布质量等参数时，将高灵敏度的拾振器绑在斜拉索上，拾取拉索在环境振动激励下的振动信号，经过频谱分析即可测出斜拉索的自振频率，进而由索力与拉索自振频率之间的关系获得索力。

1.1 斜拉索频率测试

在斜拉索的中间位置，振动的能量主要集中在低阶频率上，而在锚固点附近，振动的能量相对比较平均。在测试时传感器的布置不可能放到拉索的中点位置，只能布置在相对靠近锚固点的位置，故斜拉索基频的测试精度不高，甚至有些时候测不到准确的基频。

1.2 斜拉索力计算

频率法是间接测试索力，拉索的质量、刚度、垂度、长度和减震器都会影响索力的计算精度。斜拉桥施工过程中未安装减震器，并且拉索的质量和长度都可以比较准确的取值，对索力计算影响最大的是拉索本身的刚度。

目前大多数商业软件计算索力时假定斜拉索为一根张紧的弦，忽略其本身抗弯刚度的影响，张紧弦的频率之间成倍数关系，即从低阶到高阶的各阶频率值的比例为1∶2∶3∶4…，因而有f1=fn/n，其中,f1为斜拉索基频;fn为斜拉索的n阶频率，并且相邻阶数频率之差为基频。因此在测试中只要确定出频率差，或者判断出某阶频率的阶数就能够计算索力。但是大跨度斜拉桥拉索直径较大，由于刚度的影响，fn>nf1，故计算索力时刚度的影响是不能忽略的。

2 索力频率法测试步骤

通过前文的分析可知，索力测试的难度主要体现在如何辨识频率，如何通过测得的少数几阶甚至是只有某一阶的频率来计算实际的索力。我们采用的方法和步骤如下：

1)基于ANSYS，编写了计算斜拉索振动特征值的有限元程序，考虑了拉索刚度和边界条件的影响，以千斤顶的张拉数据作为输入值计算出斜拉索的各阶频率，以此为参考量来辨识实际测得频率的阶数。 2)将低频信号较好的传感器布置在斜拉索上，用DASP系列采集仪测试，采样(分析)频率和低通抗混滤波转折频率根据上一步的计算结果确定：分析频率范围内保证能够测得8阶左右的频率。3)通过快速傅里叶变换获得斜拉索的频谱图，根据计算的频率快速确定实测频率的阶数，如果大桥斜拉索垂度影响大，计算索力时一般采用4阶以上的频率。4)再次调用斜拉索特征值计算程序，通过改变斜拉索的张力进行迭代，使得计算出的频率与实际测得的频率接近，以计算频率与实测频率差值小于某一个预定值则认为收敛，此时计算出的索力即为实测索力。若能测出多阶频率，则取各阶频率计算出的索力的平均值为最后的实测索力。

3 索力频率法测试实例分析

对实测数据的分析需要解决以下问题：测得的频率是否是斜拉索的频率，是第几阶的频率；如何通过测得的频率来计算索力，计算方法有哪些可能的误差。由此思路出发，以1号索为例，对实测数据分析如下。

3.1 实测频率辨识

从图1上游边跨1号索(SC1上游)的实测频谱图，可以看出，边跨的斜拉索实测的前8阶频率倍频关系明确、各阶频率明显，也测得了较为可靠的基频。边跨1号索的实测频谱明确，与理论值可以一一对应，可以判定测得的频率是索的频率。

3.2 实测索力的确定

通过频率辨识明确了实测的频率阶数和频率值后，再利用本文编制的计算程序通过反复迭代确定实测索力。

对于边跨1号索，1阶～8阶的实测频率都很明确，为了减少垂度影响，故取4阶～7阶频率进行分析，定义各阶次的计算频率与实测频率之差小于0.002 Hz时的索力为该阶频率对应的索力，最后取上述索力的平均值为实测索力。

根据上述方法，确定1号索实测索力为3 129 kN，与指令张拉索力接近，说明张拉质量控制较好。

4 索力频率法测试误差控制

不论哪种测试手段都有一定的误差，施工期间索力测试以频率法为主，为了确保施工的安全性和索力控制质量，还结合其他测试手段控制误差：

在1号索张拉过程中，安装了压力传感器对频率法实测数据进行修正，通过与千斤顶张拉数据和压力传感器测试数据的比较列于表1，可知测试的索力数据非常接近，相差约1%，从一个侧面说明了频率法测试的准确性。

表1 频率法和锚索计实测索力对比 kN

5 结语

使用频率法完成了某大桥施工过程的监测，针对该方法的具体问题提出了解决方法，并在实践中得到了成功的应用。

Monitoring analysis on cable force in cable-stayed bridge construction process

Li Shaowei

(Shanghai Municipal Construction Co., Ltd, Shanghai 200092, China)

The paper introduces cable fore difficulties and procedures in testing the cable-stayed bridge construction process with frequency method, analyzes various factors influencing cable force with frequency method, and puts forward control measures of testing errors with cable frequency method, and finally proves the above-mentioned testing method is effective through in-situ practice.

cable-stayed bridge, frequency method, cable force, error

1009-6825(2017)12-0169-02

2017-02-17

李劭暐(1983- )，男，工程师

U446

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