2024年4月3日发(作者：)
42工程技术研究2021年第5期振动频率法测试吊杆索力实例分析黄亮清广州市中磐桥隧检测有限公司，广东 广州 511436摘 要：钢管混凝土系杆拱桥兼具拱桥较大跨越能力和梁桥对地基适应能力强的特点，一般由拱肋、系杆、吊杆等组成，其中吊杆是连接系梁和拱肋的主要传力构件。吊杆索力是衡量该类桥梁工作状态的重要指标。在大型桥梁结构健康监测中，振动频率法是测试吊杆索力应用最为广泛的方法，但由于拉索结构的多样性和复杂性，对该方法的研究滞后于工程实践。文章以某大桥为例，采用振动频率法测试吊杆索力，通过对比往年基频数据，提出管养建议，对钢管混凝土系杆拱桥的索力监测研究具有参考意义。关键词：振动频率法；系杆；索力中图分类号：U448.2 文献标志码：A
1 振动频率法概述振动频率法分为接触式测量和非接触式测量。接触式测量主要利用固定于拉索的加速度传感器进行激振，通过测量拉索的振动响应，采用软件分析频谱获得拉索自振频率，再根据索力与自振频率的关系计算索力，但在测量基频时布线较复杂，受条件限制，传感器的安装位置不当会造成一定的测量误差。非接触式测量是利用激光技术远程检测的方法，通过激光发射和接收装置实时监测斜拉索的随机振动，采用计算程序分析出斜拉索的振动频率，再根据索力与振动频率的关系反算索力，此方法不需要布置传感器，也不需要在拉索上布线，属于无损无线的检测方法，但必须即时测量，不能进行长期的频率监测，因此具有一定局限性。该方法测试精度的影响因素包括外界环境、仪器设备、计算方法、边界条件、索长、吊杆有效长度、吊杆刚度等。该方法操作简便，对结构无损坏，测试精度较高，设备可以重复使用，既可在系杆拱桥施工阶段也可在成桥阶段使用，其是现阶段使用最为普遍的方法，但其在一端铰支另一端固结边界条件下的吊杆索力测试以及由高阶自振频率推导索力方面仍存在缺陷性。当系杆拱桥吊杆张力振动法测试时，需要考虑抗弯刚度对索力测试精度的影响，吊杆索力的计算应结合吊杆长径比和内部张力合理选择计算模型[1]。在环境振动不易激起吊杆较强振动情况下，利用小型力锤敲击，对索进行激励，由此获得吊杆正确频率[2]。针对钢管拱桥短吊杆索力测试不精确的情况，引入了带有迦辽金方法的索体附带质量块的频率法索力精确计算公式，并将该精确计算方法与吊杆索力设计方法对比，验证了该计算方法的有效性[3]。2 桥梁概况该桥总长3574m，其中桥梁长1930.6m，两侧延伸的市政路长1648m，跨径组合为（13×30m）预应力现浇箱梁+（45.5m+46m+46m+45.5m）预应力T梁+（11m+85m+114m+160m+ 文章编号：2096-2789（2021）05-0042-02
114m+85m+11m）连续钢管混凝土系杆拱桥+（45.5m+7×46m+
45.5m）预应力T梁+（12×30m）预应力现浇箱梁，共43跨，设双向六车道，目前该桥是国内跨度最大的无风撑背靠式五连拱钢管桥。该桥梁主要指标如下：汽车荷载为城-A级；地震荷载按基本地震烈度8度设防；设计洪水频率为主桥1/300；航道等级为国家V级航；道线路等级为城市主干道；设计行车速度为60km/h；最大纵坡为不超过3.5%；桥面横坡为双面坡2%。3 索力测试因吊杆计算索长取值和索力计算方法存在差异，为保证测量结果的可比性，只将基频与2015年、2019年的检测值进行对比，索力测试数据和基频对比情况见表1。通过对比2015年检测数据，左、右两侧分别有2根和1根吊杆基频减少超过5%；左侧有1根吊杆基频增加5%以上。通过对比2019年检测数据，左、右两侧均有1根吊杆基频减少超过5%；左、右两侧分别有1根和2根吊杆基频增加5%以上。4 案例总结结合桥梁的外观、系杆索力、水下基础等方面的检测结果，依据《城市桥梁养护技术标准》（CJJ 99—2017）进行评定，该桥技术状况评定为C级，桥梁处于合格状态，应进行针对性小修或中修工程。C1跨各吊杆索力检测结论：对比往年检测数据，左右吊杆均存在基频变化超过±5%的情况，基频变化较大的吊杆主要集中在拱肋两端短索位置，短索为测量误差较大的吊杆。主要建议：（1）对吊杆PE套筒进行修复或更换，对下锚头松动的螺母重新拧紧或更换，对保护罩进行除锈处理，对吊杆钢丝进行无损检测以了解吊杆内部钢丝情况；（2）桥梁后期加强日常巡查及养护维修工作，保证桥梁运营的长期性与安全性。案例特殊条件分析：（1）索力测试未考虑吊杆抗弯刚度，建议采用分级张拉标定吊杆索力的方式减小索力测定
2021年第5期工程技术与应用43表1 Z1～Z2墩C1拱吊杆2020年索力测试数据和历年基频测试对比表基频对比情况吊杆编号D-L1AD-L1BD-L2AD-L2BD-L3AD-L3BD-L4AD-L4BD-L5AD-L5BD-L6AD-L6BD-L7AD-L7BD-R1AD-R1BD-R2AD-R2BD-R3AD-R3BD-R4AD-R4BD-R5AD-R5BD-R6AD-R6BD-R7AD-R7B计算索长/m7.7548.02411.30311.46813.37613.45513.99313.98413.15413.05710.85710.6727.1036.7957.7548.02411.30311.46813.37613.45513.99313.98413.15413.05710.85710.6727.1036.795计算索力/kN3623.531715.931381.601399.921239.041078.791231.541342.501293.181348.851492.531553.912495.382061.242373.552040.431595.011456.081243.401050.471460.311047.861265.281601.311436.881528.592953.182897.612015年测值/Hz29.37518.67511.65011.5009.1508.6258.8508.4009.6759.65012.55014.57524.80022.55020.95019.90012.47511.8759.2258.6759.5008.17510.60010.55012.45013.17526.9252019年测值/Hz27.05117.52511.52311.3288.7898.3988.5948.3989.5709.57012.30513.47726.17222.46120.11720.02012.20711.7199.2778.7899.7667.8139.2779.77612.20713.18426.36727.8322020年测值/Hz26.83817.84711.36911.2799.0988.4398.6709.0589.4519.72412.30212.77024.31323.09821.72119.46212.21511.5039.1148.3289.4418.0039.34910.59512.07012.66526.44927.3872015—2020年基频差/%-8.637-4.434-2.416-1.922-0.574-2.157-2.0347.833-2.3150.767-1.980-12.388-1.9652.4323.680-2.204-2.084-3.133-1.209-4.006-0.621-2.110-11.8070.427-3.052-3.871-1.7682019—2020年基频差/%-0.7881.837-1.341-0.4333.5100.4880.8847.859-1.2431.609-0.028-5.250-7.1042.8387.973-2.7900.066-1.843-1.762-5.251-3.3282.4250.7718.378-1.122-3.9370.311-1.601过程中的偶然误差，使索力测试结果更为准确；（2）索力在未解除减震器约束条件下测量，索长取吊杆两锚固端间的长度，未考虑吊杆长细比，但该桥吊杆长细比较小，故索力计算结果误差较小；（3）测试时开放交通，可能会受到车辆荷载的影响，现场已采取禁止重载车辆、限制小车通行的措施，最大限度地降低了影响；（4）受条件限制，该案例未与压力传感器测定法联用校核测试结果，建议条件允许情况下进行校核。度的因素较多，现阶段仍具有一定局限性。未来随着科技的不断发展，融合人工智能、大数据、云计算等信息技术的索力测试方法将为桥梁健康监测提供更为可靠和准确的数据。参考文献：[1]魏明亮,张宝.下承式系杆拱桥吊杆索力测试研究[J].工程与建设,2020,34(4):674-675+694.[2]高峰.振动频率法在北大桥吊杆索力测试中的应用[J].福建交通科技,2018(6):69-71.[3]姜维,邓年春,樊平.频率法测索力及影响因素分析[J].工程技术研究,2020,5(18):235-236.作者简介：黄亮清，男，本科，工程师，研究方向为道路与桥梁工程。5 结束语桥梁通常在运营20～30年后，面临耐久性降低和安全性不足等问题，开展桥梁健康监测是保证桥梁安全服役的重要举措之一。振动频率法测试索力，由于影响测量精
