维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１３期 ２ ０ ０ ７年５月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．１３ Ｍａｙ．２００７ ・２７１・ 文章编号：１００９—６８２５｛２００７）１３—０２７１—０２ 斜拉桥索力监测方法分析 曾摘灿樊茂林 要：介绍了斜拉桥的发展及受力情况，对目前斜拉桥索力测量几种方法的原理进行了简单地分析，比较了它们的优 缺点及适用性，从而根据不同的条件，选择相对合适的方法，为桥梁施工和检测提供更有价值的数据。 关键词：桥梁，抗弯刚度，３点弯曲法，斜拉桥 中图分类号￣Ｕ４４６．２ 文献标识码：Ａ 千斤顶摩阻力甚至是索道管因设计或施工不 随着我国交通事业的迅速发展，斜拉桥作为一种美观实用的 为它受到锚具变形，桥型越来越受到人们的青睐。由于它的经济性，使得它的发展十 当而与拉索有接触的影响，而导致张拉索力不一定等于千斤顶回 分迅速，它的跨度也在不断地增大。斜拉桥是一种桥面体系受 油后的索力，测量结果会有一定的误差，而且校正的难度相对较 压、支承体系受拉的桥梁。其桥面体系由加劲梁构成，其支承体 大。不过，由液压换算索力的办法简单易行，且由于电讯号可以 系由拉索组成，拉索作为斜拉桥的主要承重构件，其索力的大小 通过导线传输，能进行遥测，使用非常方便，因而是在施工过程中 及分布将直接影响到全桥的结构受力状况以及工作状态。随着 控制索力最实用的一种办法。跨度的不断增大和外形的不断多样化，结构的受力也越来越复 一传感器读数法精度较油压表读数法高，且操作简单，但传感 每根索下都要 杂，因此精确的测定索力是一个直接关系到桥梁运营安全的因 器一般较重，测试时不方便携带；且价格比较昂贵，次性埋设传感器，而不能重复应用，导致成本偏高；而且应力传 素。这也导致了索力的测定技术不断地进步和发展，文中对索力 测试目前的几种方法进行了分析和研究。 感器对环境的要求比较高，在一定环境下容易损坏且不容易采取 补救措施。但是，在有些情况下，当需要长期观测索力时，该方法 就有它的用武之地了。 １ 索力检测几种方法的原理 １）油压表读数法：通过精密压力表或液压传感器测定油缸的 液压，具体操作是安装在油缸中的液压传感器受液压后会输出相 应的电讯号，并通过导线传输给接收仪表。利用千斤顶张拉油缸 频率测试法的难点就在于频率的采集和索长度的修正，因为 实际中的拉索会时刻随环境发生随机振动，而且各阶频率混在一 起，需要比较精密的拾振器才能感受，再通过频谱分析判定拉索 的各阶频率；由于拉索自重的影响，拉索的计算长度会偏小于实 ２『．１ｒ ２ 中的液压与张拉力成正比，用接收仪表读数推导千斤顶的张拉 力。如使用０．３级～０．５级的事先经过标定的精密压力表，测得 的索力精度可以达到１％－－２％。 ２）传感器读数法：拉索张拉时，千斤顶的张拉力通过连接杆 际长度，需要给予适当地修正，修正项为 Ｌ一 （其中， 为索的 弯曲），用计算结果减去修正项就可以得出较精确的值。拉索越 长，振动阶数越低，修正值就越小，结果也越精确。频率法测定索 力，设备可以重复使用，方便携带，而且只要精确测出频率，所得 索力也会比较精确。因此，在对索力进行复测时，多采用频率法 进行测定。 传到拉索锚具，在连接杆螺母与千斤顶张拉活塞之间放置传感 器，张拉时，传感器受压就会输出电讯号，在配套的二次仪器表上 可以读出张拉力。在采用的孔幅式或轮幅式传感器时，测量 精度可以达到０．５％～１．０％。如果需要长期测定索力，可以将穿 心式传感器安装在锚具和索孔垫板之间，进行长期在线观测。 ３）频率测定法：把拉紧状态下的拉索看成一根理想状态下振 ３点弯曲法测试索力是一种新方法，它相对于其他方法的优 点是可以消除支座条件、拉索自重、传感器质量等所带来的影响， 因此在一定程度上它更具有优势。但是该方法在确定位移时有 一动的弦，利用弦张力Ｔ与弦振动频率厂之间的关系式：Ｔ＝ ４ｍｌ 厝来计算拉索轴力（其中，ｍ为单位长度拉索的质量；ｚ为 Ａ…ｒ ２ 定的难度，因为拉索的随机振动会给测量结果带来一定误差。 索长；＾为振动基频）。考虑到实际测量时不容易得出准确的一 该方法在拉索工程拉索索力测定上的应用尤其广。 阶频率（基频），在采集到其他阶振动频率时采用公式：Ｔ＝！ 一ｇ ３结语 通过比较可以看出，这几种方法都有各自的优缺点和适用场 （其中，ｍ为单位长度索重； 为第 阶自振频率；Ｌ为索长）。 Ｄ！ｒ １ ｎ 应该对每一种方法的原理和适用条件都有清楚认识。只有把 ４）３点弯曲法：３点弯曲法测索力，其原理就是利用拉索位移 合，握了每种方法的特点，才能根据不同的条件合理地选择相对合适 拉索压紧力Ｐ和轴力Ｔ的关系式： ＝ 一‘ Ｄ／－ ＂，人为的给与 的方法，这样得出来的测试结果才能在桥梁施工和检测的工作过 拉索一压紧力Ｐ，这时候就必然会产生相应的位移ｄ，再根据两测 程中提供更有价值的数据。 点拉索的抗弯刚度 相同，按下式来推导出拉索拉力：Ｔ： 参考文献： ，Ｄ Ｄ．ｒ ｒ —ｒ．、 ‘ｔ 』告 ２Ｏ１ ／－１Ｏ２／ （其中，Ｌ为测力传感器的标距）。 ［１］姚文斌，何天淳，王锋．斜拉桥拉索索力测定新方法［Ｊ］．仪 器仪表学报，２００１，２２（３）：４４—４５． ［２］郭圣栋，陈 晔．斜拉桥的拉索分析［Ｊ］．华东交通大学学报， ２００５，２２（４）：２９—３０． ２几种方法的比较及适用性 油压表读数法测定索力有一定的精度，但人为难以控制。因 收稿日期：２００６—１２．１５ 作者简介：曾灿（１９８２．），男，长安大学公路学院硕士研究生，陕西西安樊茂林（１９８１．），男，长安大学公路学院硕士研究生，陕西西安７１００６４ ７１００６４ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１３期 建 筑 Ｖ０ｌ＿３３ Ｎｏ．１３ ・２７２・ ２ ０ ０ ７年５月 山 西 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣ兀『ＲＥ Ｍａｙ． ２００７ 文章编号：１００９—６８２５（２００７）１３—０２７２。０２ 客运专线中Ｖ型刚构拱桥极限承载力研究 白玉堂 摘要：结合工程实例，运用有限元程序，采用弹性屈曲、几何非线性屈曲、几何和材料双重非线性屈曲三种方法对钢管 混凝土拱桥的极限承载力进行了分析，并给出了影响拱桥极限承载力的主要参数，研究表明结构极限承载力与结构材料 非线性的考虑与否、材料屈服应力的大小、荷载分布方式以及温度的变化有关联，对此类桥梁稳定性能的研究以及类似 桥梁的设计有一定的参考价值。 关键词：钢管混凝土拱桥，有限元，极限承载力，参数研究 中图分类号：Ｕ４４８．２ 文献标识码：Ａ 拱桥的失稳可分为分支点失稳和极值点失稳两类＿１ Ｊ。第一 １）线性屈曲法（方法一）＿３ｊ。假定结构和材料均是线弹性的， 类稳定问题，力学概念清晰，稳定问题通常转化为特征值问题，计 通过求解特征值的方法求出结构的失效因子Ｋ，从而求出结构的 算方便，其临界荷载近似地代表第二类稳定问题的上限，目前在 极限承载力。 设计时多采用该方法计算拱的稳定性，这样进行结构的设计和建 ２）几何非线性分析法（方法二）［ 。假定材料是线弹性的，考 造，势必存在很大的隐患和浪费。但拱桥结构内不可避免地存在 虑了结构的大位移效应，通过增量和迭代相结合的方法求解结构 着初始的弯曲、偏心和残余应力等缺陷，因此实际拱桥结构的失 的极限承载力。 稳皆为第二类稳定问题［ 。为了能够得到更准确的结构极限承 ３）几何和材料非线性分析法（方法三）＿５ｊ。结构和材料均为 载力，文中以某客运专线上的一Ｖ型墩，主跨为２２０ ｍ的中承式 非线性，通过增量和迭代相结合的方法求解结构的极限承载力。 拱桥为例。采用三种方法对钢管混凝土拱桥极限承载力进行了分 ３有限元分析模型 析研究和比较。 采用大型有限元软件ＡＮＳＹＳ建立该桥的三维有限元模 １ 工程实例 型＿６］。全桥模型共划分１ ７５４个节点和２ １３４个单元，主梁、Ｖ型 某客运专线上一特大桥主桥为ｖ构——拱组合中承式拱桥， 斜撑、拱肋、拱肋腹杆和横撑均采用Ｂｅａｍ１８８空间梁单元模拟，吊 该桥为双线铁路桥梁。该桥跨径组合为１００ ｍ＋２２０ ｍ＋１００ ｍ， 杆单元采用Ｌｊｎｋ８只受拉索单元模拟。 主梁采用单箱双室预应力混凝土变截面梁，支点处梁高为７．８ ｍ， ４极限承载力分析 跨中和边支座处梁高为３．８ ｍ，桥面宽１１．６ ｍ，宽跨比为 １／１８．９６６，Ｖ构外侧斜腿与水平面的夹角为３４．６。，采用单箱单室 ４．１基本假定 箱形截面，横桥向宽１０ ｍ，高４ ｍ，横桥向壁厚１．５ ｍ，高度方向壁 １）假定吊杆材料在分析中始终保持弹性，文中所用钢材视为 厚１．２ ｍ，中隔板壁厚１．０ ｍ；内侧斜腿与水平面的夹角为４６．４。， 理想弹塑性材料，材料的屈服应力Ｒ ＝３４５ ＳＰａ。材料非线性分 采用单箱单室箱形截面，横桥向宽１３．８ ｍ，高４ ｍ，横桥向壁厚 析中采用Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ屈服准则。 ２．０ ｍ，壁厚１．２ ｍｏ拱肋采用Ｎ型桁架，上、下弦管直径为９００ １ＴＲＴＩ， ２）初始活荷载采用列车竖向活载：采用ＵＩＣ荷载图式值乘以 壁厚分２４ｍｍ，２２ｍｍ和２０ｍｍ三种，为钢管混凝土结构，拱肋拱 系数 ＝０．６作为该桥梁分析的列车竖向活载（见图１）。 的计算跨度Ｌ＝１６０ｍ，拱月牙型钢管拱下弦钢管矢高３５ｍ，上弦 ３）由于该拱桥为变截面结构，因此，文中采用总支反力增大 钢管矢高４０ ｍ。拱肋横向用Ｋ型和米字型钢管连接。吊杆采用 系数作为结构的稳定安全系数，即： 是１＝Ｆ１／Ｆ０。 ｆ）Ｅ （ＦＤ）７—７３型低应力防腐拉索。拱轴线为二次抛物线。本桥 桥面窄，跨度大，且为高速铁路桥梁，国内此类桥型较少，因此，开 其中，Ｆ。为桥梁正常使用时，结构总支反力；Ｆ 为桥梁发生 展对此类拱桥极限承载力的研究是十分重要的。 失稳时，结构总支反力。 ２分析方法 ４．２计算结果 ［３］林元培．斜拉桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１．１６０。１６２． ２００４，３０（１２）：１４０—１４１ ［４］王宝振，张卫勇．部分斜拉桥的研究与应用［Ｊ］．山西建筑， Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｃａｂｌｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ＺＥＮＧＣａｎ ＦＡＮＭａｏ－ｌｉｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｓｅｖｅｒａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｃａｂｌｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅｉｒ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｓ ｗａｌｌ ａｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉａｃｔｉｏｎ ｓｃｏｐｅｓ ｏｆ ｔｈｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅ ｇｏｏｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｔＯ ｓｅｌｅｃｔ ｐｒｏｐｅｒ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅ，ｆｌｅｘｕｒａｌ ｒｉｇｉｄｉｔｙ，ｔｈｒｅｅ ｐｏｉｎｔ ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ 收稿日期：２００６—１２—０９ 作者简介：白玉堂（１９７９一），男，中南大学土木建筑学院硕士研究生，湖南长沙４１００７５ ，ｅＰ
