刘文军 孙尚鹏

摘要：为了准确掌握某斜拉桥在运营期间的结构技术状态，对其恒载索力及体外预应力进行测试分析。索力测试是索承重桥梁从施工到正常使用阶段经常要做的一项重要工作，索力测试的准确性直接关系到桥梁受力分析的准确性。文章采用频谱分析法对该桥的恒载索力及体外预应力进行测试分析，结果表明：该桥的技术状况良好能保证该桥的正常运营。

Abstract： In order to accurately grasp the structural and technical state of a cable-stayed bridge during operation， its load-bearing cable force and external prestress are tested and analyzed. The cable force test is an important task that the cable-bearing bridge often needs to do from the construction to the normal use stage. The accuracy of the cable force test is directly related to the accuracy of the bridge force analysis. In this paper， the spectrum analysis method is used to test and analyze the load-bearing cable force and external prestress of the bridge. The results show that the technical condition of the bridge can ensure the normal operation of the bridge.

关键词：大跨度斜拉桥;索力测试;频谱分析法

Key words： long-span cable-stayed bridge;cable force test;spectrum analysis

中圖分类号：U443.38                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）07-0136-03

0  引言

随着国民经济的快速增长和国家对基础建设投资的加大，我国的公路运输能力取得了长远的进步。其中大跨度斜拉桥在交通运输中发挥重要的作用，但是有些桥梁由于服役年限较长，致使无法满足日益增长的交通量的需求，导致近年来桥梁垮塌事故频繁发生，对国家和人民造成了巨大的损失。因此能够准确掌握桥梁在运营期间的结构技术状态显得格外重要。

目前，许多学者对斜拉桥承载力检测与状态评估展开了深入的研究。文献[2]以苏通大桥斜拉桥为背景，结合国内外钢斜拉桥运营阶段技术状况资料，指出大跨度钢斜拉桥结构耐久性监测的主要内容。文献[3-6]构建了预应力斜拉桥模型，对斜拉桥的收缩徐变、弹性模量和索塔索力等因素进行了实验研究，同时分析了斜拉桥索、筋比值等因素对拉索应力幅值的影响。文献[7-8]利用包络控制理念，综合考虑荷载因素，进行有限元计算分析，构建了健康监测评估体系，提出评估方法及决策工作。文献[9]分析了斜拉桥索力与温度的相关关系。由此可见随着对斜拉桥认识的逐渐成熟，斜拉桥承载力检测与状态评估的方法呈现出多样化的发展趋势。

上述研究为类似大跨度斜拉桥的检测和状态评定奠定了坚实的基础，但是三塔斜拉桥结构较为复杂，准确掌握其在运营期间的结构技术状态，需对其恒载索力及体外预应力进行测试分析。本文对某大跨度三塔斜拉桥恒载索力及体外预应力进行了测试分析，为今后类似工程的测试分析提供了参考。

1  工程概况

某桥主桥全长936m，为三塔倒Y型单索面混凝土加劲梁斜拉桥，桥宽23m。主桥主梁采用单箱三室预应力混凝土结构，梁高3.0m;主塔塔柱、上横梁及塔座为钢筋混凝土结构，下横梁为预应力混凝土结构;全桥共236根斜拉索，236套固定端锚具，236套张拉端锚具，斜拉索固定端设在主梁处，张拉端设在主塔处，整个桥梁的空间布置如图1所示，桥梁的编号示意图如图2所示。

2  检测内容与结果

2.1 检测内容

①斜拉索恒载索力测试;②体外预应力测试。

2.2 检测手段

索力测试采用频谱分析法，利用索力计测试拉索的固有频率，将测得的斜拉索的固有频率经数据处理后，根据频率和索的有效计算长度、单位索长、质量以及索端的边界条件计算得到拉索的张力。

频谱分析法测索力的基本原理为：利用紧固在拉索上的高灵敏度传感器，拾取拉索在环境振动激励下的振动信号，经过滤波、放大、谱分析，得出缆索的至少五阶自振频率值，按每一阶自振频率计算索力，取其均值作为最终索力。公式为：

式中：Tn为对应第n阶自振频率计算的索力;fn为索的第n阶频率;L为索的计算长度;N为索的振动阶数;W为单位索长的重量;g为重力加速度;EI为索的抗弯刚度。对于柔性索，索的抗弯刚度可以忽略，EI=0。

2.3 检测结果分析

2.3.1 斜拉索恒载索力测试

该桥全桥斜拉索共计有236根，均为钢绞线索，拉索外套PE套管，是大桥桥面的主要支撑结构。

本桥斜拉索系统包括四个小部件，斜拉索、锚具、拉索护套、减震装置。斜拉索编号参照图1，各索面拉索编号从3号或5号塔向跨中方向依次为SC1～SC18，从3号或5号索塔向辅助墩方向依次为SC′1～SC′18，从4号索塔向5号塔跨中方向依次为MC1～SMC23，“U”、“D”分别表示上游侧和下游侧，如3SC1U表示3号索塔近跨中上游侧1号拉索，SMC1U表示4号索塔近5号塔跨中上游侧1号拉索。

各斜拉索索的索力大小是否正常、受力是否均匀、有无异常变化，是判定斜拉索索力状况的主要依据。斜拉索恒载索力测定见图3、图4、图5、图6、图7、图8。

由上图可知：无论是本次测量结果还是竣工测量结果均表明：3号索塔、4号塔索及5号塔索上游索力与下游索力均相近，未出现异常情况。本次测量索力值与竣工索力值相比，索力差值浮动在-15.62～14.25%，虽有一定的浮动但总体在合理范围之内。

对比分析图3与图7、图4与图8、图5与图6可知：该桥3号索塔边跨索力与5号索塔边跨索力、3号索塔中跨索力与5号索塔中跨索力及4号索塔北侧索力与4号索塔南侧索力具有很好的对称性，且未出现不均衡现象。

由图5、图6分析可知：斜拉桥的索力随索长的增加呈线性增加，且索力的变化值也随索长的增加呈线性增加的关系。

由图3、图7分析可知：虽然斜拉桥的索力随索长的增加呈线性增加，但在索长较短是变化程度较小。

综上所述：本次斜拉索恒载索力测试中，该桥无论是3号塔索、4号塔索还是5号塔索上下游索力变化都很小，受力均匀。此外该桥边跨与边跨、中跨与中跨、南侧与北侧索力都比较对称，未出现索力不均衡现象。本次测量索力值与竣工索力值相比，索力差值浮动在-15.62～14.25%，虽有一定的浮动但总体在合理范围之内。因此说明该桥的索力状况较好，能够满足安全运营的要求。

2.3.2 体外预应力测试

该桥采用单箱三室预应力混凝土结构，纵向预应力采用体内体外相结合的方式布置。横向布置为10根，沿横截面中心线对称布置，全桥共20根。预应力索束的编号规则为：N表示北侧、S表示南侧、U表示上游、D表示下游，自上游往下游方向依次是预应力束编号依次为1至5。体外预应力束索力测试结果见图9所示。

由图9可知：该桥北侧预应力束索力与理论值相比变化较均匀，而南侧预应力束索力与理论值相比则出现了一定的波动。尽管南侧预应力束索力与理论值相比则出现了一定的波动，但是本次该桥20根体外预应力索实测索力与理论索力相比，变化率介于-2.5～6.7%之间，仍在合理范围内，说明该桥体外预应力索的索力状况较好，能满足安全运营的要求。

3  结语

①通过对该桥斜拉索恒载索力测试分析，表明该桥的索力状况较好能满足安全运营的要求。

②通过对该桥体外预应力束索力测试分析，表明该桥体外预应力索的索力状况较好，能满足安全运营的要求。

参考文献：

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