CN105824988A - 一种考虑索梁温差效应的混凝土斜拉桥的增量调索法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑索梁温差效应的混凝土斜拉桥的增量调索法，包括混凝土斜拉桥整体的有限元分析步骤、索力与温度测试步骤、考虑温度的索力换算步骤、增量调索步骤等步骤。调索前选定一温度比较稳定的时间段，对全桥索力以及索梁温度进行测试，并将其在20℃时的换算索力作为调索的基准索力。调索过程中以索力的增量为控制量，并以主跨最敏感的截面位移值作为验证量，每个工序结束后，实时地测试索梁温度及主跨最敏感的截面位移值。为确保全桥的力学行为处于受控范围，在斜拉索总数的1/3、2/3以及全部斜拉索索力调整完之后，均对全桥索力进行复测，并将温度修正后的索力与理论计算值相比较，结果表明增量法调索精度理想，效率很高。

Description

一种考虑索梁温差效应的混凝土斜拉桥的增量调索法

技术领域

本发明涉及混凝土斜拉桥施工过程及成桥阶段的索力调整，尤其涉及一种考虑索梁温差效应的混凝土斜拉桥的增量调索法。

背景技术

斜拉桥索力测试中广泛使用频率法，但是很多工程实践表明实际测试的索力值很难与理论值相吻合，一方面是因为索的参数识别不够准确，另一方面则是测试过程中的温度场未能考虑或者是考虑不够准确。索力测试所需的参数通常来源于设计图纸以及施工现场，必要的时候需要采用试验的方法来确定。而在现场索力测试中，很少有人关注拉索及混凝土主梁的温度，拉索的传热性能比较好，受大气温度变化及辐射等剧烈作用下，其升温与降温均比较快，而混凝土主梁则相反，因此拉索与主梁之间很容易产生索梁温差，这往往是导致索力测试值与理论计算值发生偏差的主要原因。随着斜拉桥施工要求的提高，温度效应越来越受到重视，温度效应被认为是影响施工精度的主要原因之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种考虑索梁温差效应的混凝土斜拉桥的增量调索法，克服现有技术中，由于温度效应导致索力调整值发生偏差，从而影响调索精度的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种考虑索梁温差效应的混凝土斜拉桥的增量调索法，包括如下步骤：

步骤一，建立混凝土斜拉桥整体的有限元模型，根据该模型计算出混凝土斜拉桥整体升温以及斜拉索单独升温1℃时的索力变化值；

步骤二，采用振动频率法测试斜拉索索力，将加速度传感器固定在待测量的斜拉索上，以测定斜拉索的横向振动，加速度传感器将斜拉索的随机振动信号转变成电信号，电信号经放大后送至动态信号采集系统进行记录斜拉索的振动基频并储存，通过结构分析计算机换算至该斜拉索的索力；

步骤三，确定调索之前的基准索力，调索之前选择温度(比较)稳定的时间段(通常选择凌晨)，对全桥索力及索梁温度进行通测，温度的测试采用准确而简易的手持红外线温度计，测试完之后通过有限元计算程序将其换算到20℃时的索力值，并以该索力值作为调索之前的基准索力；

步骤四，确定目标索力及索力调整量，目标索力一般由监控或设计人员根据结构特点及受力要求事先给出，之后需要将其换算到20℃时的索力值；通过给定的调索次序进行迭代计算，得到每一排斜拉索需要张拉到的索力值，该索力值与其调整前索力的差值即为索力调整增量值，该增量值在不同温度下均保持不变，即每一个调索工况只需要按增量进行调整即可，不需要考虑索力绝对值的变化；

步骤五，增量调索，对斜拉索的索力调整应在温度稳定的情况下进行，采取横桥向每排斜拉索同步调整的方案，调索次序由内向外，根据索力增量值进行调整，即可实现斜拉索的索力调整精度；

步骤六，斜拉索调索过程中索力测试及力学量的控制，为了确保调索过程的索力与理论计算值相吻合，调索过程中在每一对斜拉索索力调整完之后，再对与其相邻斜拉索的索力变化进行监测以验证调索精度，并以主跨最敏感的截面位移作为验证量，每一个调索工序结束后，都实时地测试索梁温度以及主跨最敏感的截面位移；在斜拉索总数的1/3、2/3以及全部斜拉索调整完之后，均对全桥索力进行通测，以保证整个调索过程中全桥的力学行为始终处于受控范围。

步骤二中，关于斜拉索索力的测试过程，使用两端铰接的弦振动方程：

$T=\frac{4{\mathrm{mL}}^2{f}_n^2}{1000n^2}---\left(1\right)$

式中：T为斜拉索的索力；m为斜拉索单位长度质量；L为斜拉索两嵌固点之间的长度；n为频率的阶次；f_n为第n阶频率。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：本发明利用增量法调整索力，并考虑索梁温差效应。调索前选定一个温度比较稳定的时间段，对全桥索力以及索梁温度进行测试，并将其在20℃时的换算索力作为调索的基准索力。调索过程中以索力的增量为控制量，并以主跨最敏感的截面位移值作为验证量，每一个调索工序结束后，都实时地测试索梁温度以及主跨最敏感的截面位移值。为了确保全桥的力学行为处于受控范围，在斜拉索总数的1/3、2/3以及全部斜拉索索力调整完之后，均对全桥索力进行复测，并将温度修正后的索力与理论计算值相比较，结果表明采用增量法调索不仅精度理想，而且效率很高。

本发明斜拉索调索过程简便易行，有效克服了现有技术中，由于温度效应导致索力调整结果与理论计算值发生偏差，从而影响调索精度的问题。

附图说明

图1为一混凝土斜拉桥示意图；图中，主墩1、主跨边墩2、边跨边墩3、辅墩4、右斜拉索5、左斜拉索6。其中主墩1与主跨边墩2之间的右斜拉索5索距分别为6.3m；主墩1与边跨边墩3之间的左斜拉索6索距为4.1m。主墩1与主跨边墩2及边跨边墩3之间均有15排斜拉索，主墩1与主跨边墩2之间的右斜拉索5编号分别为M01～M15(由内侧向外侧)，主墩1与边跨边墩3之间的左斜拉索6编号分别为S01～S15(由内侧向外侧)，每一排横向4根斜拉索。

图2为主跨跨中位移变化曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例

如图1、2所示。本发明公开了一种考虑索梁温差效应的混凝土斜拉桥的增量调索法，包括如下步骤：

步骤一，建立混凝土斜拉桥整体的有限元模型，根据该模型计算出混凝土斜拉桥整体升温以及斜拉索单独升温1℃时的索力变化值；M01-M15、S01-S15的索力变化值(均指一排4根变化之和，以下相同)，整体升温及斜拉索单独升温1℃所对应的索力变化值见表1。

表1：整体升温及斜拉索单独升温1℃所对应的索力变化值

步骤二，采用振动频率法测试斜拉索索力，将加速度传感器固定在待测量的斜拉索上，以测定斜拉索的横向振动，加速度传感器将斜拉索的随机振动信号转变成电信号，电信号经放大后送至动态信号采集系统进行记录斜拉索的振动基频并储存，通过结构分析计算机程序换算至该斜拉索的索力。

步骤三，增量调索，对斜拉索的调索过程应在温度稳定的情况下进行，采取每排4根斜拉索同时调整的方案，调索次序由内向外对称调整，即：S01→M01→S02→M02→…→S15→M15，对应的张拉次序依次为1-30。

由于调索过程中，千斤顶的张拉以及工作平台的升降工序比较复杂，很难在短时间之内完成(可能需要几个小时)，这使得张拉每一排拉索时的索梁温度可能都不一样，但是现场的索力测试过程却可以在很短时间之内完成(一般10分钟左右)，在这个时段内，整个环境的温度比较稳定，只要控制索力增量，即可实现斜拉索的索力调整精度。

调索前索力及温度举例，见表2：

表2调索前索力及温度

步骤四，斜拉索调索过程中索力测试及力学量的控制，为了确保调索过程的索力与理论计算值相吻合，调索过程中在每一对斜拉索调整完之后，再对与其相邻斜拉索的索力变化进行监测以验证调索精度(比如在S01与M01调整后，再对S02与M02的索力变化进行监测)，并以主跨跨中的截面位移作为验证量，每一个调索工序结束后，都实时地测试索梁温度以及主跨跨中的截面位移；为了确保全桥的力学行为处于受控范围，在斜拉索总数的1/3、2/3以及全部斜拉索索力调整完之后，均对全桥索力及索力温度进行通测。限于篇幅，这里只列出第五对及全桥斜拉索调整结束后的测试索力、索梁温度以及换算至20℃的理论索力与修正后索力，分别见表3与表4所示。

表3：第五对斜拉索调整完之后的索力及温度

表4：全桥斜拉索调整完之后的索力及温度

Tab.4Cableforceandtemperatureaftencableforceadjustment

上述步骤二的测试过程中，关于斜拉索索力的测试原理，使用两端铰接的弦振动方程：

$T=\frac{4{\mathrm{mL}}^2{f}_n^2}{1000n^2}---\left(1\right)$

式中：T为斜拉索的索力；m为斜拉索单位长度质量；L为斜拉索两嵌固点之间的长度；n为频率的阶次；f_n为第n阶频率。

另外，为了使调索精度达到要求，除了对邻索索力进行监测外，本次监控还选择主跨跨中位移这一调索过程中最敏感的力学量进行验证，将每个阶段的主跨跨中位移变化的测量值与理论值进行对比，以保证全桥的力学行为处于受控范围，整个调索过程中主跨跨中位移变化见图2。

图2中，奇数张拉次序代表边跨斜拉索，偶数张拉次序代表主跨斜拉索。图中可以看出：各个调索阶段的实测位移与理论位移比较吻合，说明采用增量法调索时，位移的增量也在受控范围之内；调整边跨拉索时主跨跨中位移变化不太明显，这是因为主跨位移主要受主跨斜拉索的影响，而边跨斜拉索主要影响边跨的位移。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种考虑索梁温差效应的混凝土斜拉桥的增量调索法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，建立混凝土斜拉桥整体的有限元模型，根据该模型计算出混凝土斜拉桥整体升温以及斜拉索单独升温1℃时的索力变化值；

步骤二，采用振动频率法测试斜拉索索力，将加速度传感器固定在待测量的斜拉索上，以测定斜拉索的横向振动，加速度传感器将斜拉索的随机振动信号转变成电信号，电信号经放大后送至动态信号采集系统进行记录斜拉索的振动基频并储存，通过结构分析计算机换算至该斜拉索的索力；

步骤三，确定调索之前的基准索力，调索之前选择温度稳定的时间段，对全桥索力及索梁温度进行通测，温度的测试采用手持红外线温度计，测试完之后通过有限元计算程序将其换算到20℃时的索力值，并以该索力值作为调索之前的基准索力；

步骤四，确定目标索力及索力调整量，目标索力一般由监控或设计人员根据结构特点及受力要求事先给出，之后需要将其换算到20℃时的索力值；通过给定的调索次序进行迭代计算，得到每一排斜拉索需要张拉到的索力值，该索力值与其调整前索力的差值即为索力调整增量值，该增量值在不同温度下均保持不变，即每一个调索工况只需要按增量进行调整即可，不需要考虑索力绝对值的变化；

步骤五，增量调索，对斜拉索的索力调整应在温度稳定的情况下进行，采取横桥向每排斜拉索同步调整的方案，调索次序由内向外，根据索力增量值进行调整，即可实现斜拉索的索力调整精度；

步骤六，斜拉索调索过程中索力测试及力学量的控制，为了确保调索过程的索力与理论计算值相吻合，调索过程中在每一对斜拉索索力调整完之后，再对与其相邻斜拉索的索力变化进行监测以验证调索精度，并以主跨最敏感的截面位移作为验证量，每一个调索工序结束后，都实时地测试索梁温度以及主跨最敏感的截面位移；在斜拉索总数的1/3、2/3以及全部斜拉索调整完之后，均对全桥索力进行通测，以保证整个调索过程中全桥的力学行为始终处于受控范围。

2.根据权利要求1所述考虑索梁温差效应的混凝土斜拉桥的增量调索法，其特征在于：步骤二中，关于斜拉索索力的测试过程，使用两端铰接的弦振动方程：

$T=\frac{4{\mathrm{mL}}^2{f}_n^2}{1000n^2}---\left(1\right)$ 式中：T为斜拉索的索力；m为斜拉索单位长度质量；L为斜拉索两嵌固点之间的长度；n为频率的阶次；f_n为第n阶频率。