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斜拉桥检测技术的几点探讨
2018-05-07 中国桥梁网分享到
关键词斜拉桥 检测技术 结构安全 

 1 概述

 我国交通运输事业的飞速发展为道?#27867;?#26725;梁的建设提供了良好的机遇建成了不同结构形式的大跨径悬索桥斜拉桥拱桥连续刚构桥等等目前在役桥梁的总数已达80万座以上标志着我国桥梁技术已进入世界先进行列然而桥梁所处环境是比较恶劣受到许多人为的天然灾害的影响以及桥梁管理的不足人力和物力的有限使桥梁老化损伤情况较为严重为了适应交通的需求充分利用现有的桥梁能安全地为社会服务就需要对桥梁特别是对年久失修的桥梁进行评估了解桥梁工作状况并预测其?#24615;?#33021;力这包括对桥梁的质量检测结构检算必要时再进行荷载试验总称为桥梁检测与评估目的是了解桥梁存在的各种病害取得关键部位的受力的应力应变变形位移或沉降等重要数据经过计算分析与研究确定病害的原因桥梁结构实际?#24615;?#33021;力以及剩余寿命为桥梁养护提供依据通常对桥梁结构检测项目包括桥面系的检测钢筋混凝?#21155;?#39044;应力混凝土梁或钢梁的检测圬工和钢筋混凝土拱及拱上建筑的检测桥梁支座的检测桥梁下部结构的检测桥梁水文及调治结构的检测结构裂缝的检测等等桥梁结构检算是根据桥梁结构的相关规范设计依据或竣工资料也可以根据检测结果对桥梁结构主要控?#24179;?#38754;结构薄弱部位进行检算来评定桥梁结构?#24615;?#33021;力及其适用条件桥梁荷载试验是对桥梁结构进行直接加载测试的一项科学试验工作是基于桥梁检测和结构计算结论通过对桥梁进行直接荷载试验以获取实测资料分析评定桥梁?#24615;?#33021;力

 2 斜索索力的检测

 斜拉桥的结构主要由三大部分组成斜索通过索搭将斜拉桥梁上的恒载和活载传到墩或台的基础上斜索检测包括索力的检测锚固区的检测索塔塔顶位移的检测主梁标高的测量典型部位日变化跟踪观测等等斜索索力的检测是这类包含柔性构件结构检测的特点之一通过准确地测取索力可以充分掌握全桥结构的受力状态斜拉桥成桥后索力的检测方法有频率法磁通量法和光纤光栅法光纤光栅法所用的传感器是在光纤的纤芯?#27573;?#37319;用紫外光对光纤侧面进行曝光或其它方法写入使该段?#27573;?#20869;的折射率沿光纤轴线发生周期性变化再通过周期性变化栅格的反射波长的移动来感应外界物理量的变化这种测量技术的特点是尺寸小线性度高且重复性好抗电磁干扰和抗腐蚀能力强绝对测量和响应速度都很快等优点是结构健?#23548;?#27979;的理想的一种有较高的精度的技术不过目前这种方法并未大?#27573;?#25512;广应用普及?#21097;?#20174;而价格太高

 磁通量法是一种测定索力监测斜索锈蚀程度的非破坏性方法这种方法的使用是预先将作为传感器的磁通环套在斜索上通过测定磁通量变化根据索力与磁通量之间的关?#36947;?#25512;算索力磁通量法所用的传感器材料是电磁是由两层线圈组成因此不会影响索的任何力学和物理特性除了温度之外几乎不受其他干扰因素影响相对别的检测方法精度较高缺点是对于没有预埋传感器的斜索测量是不能应用的此外传感器和测试仪器价格很高一般大跨度斜拉桥的斜索?#21152;?#19978;百根甚?#26753;?#20960;百根若每根索都安装磁通?#30475;?#24863;器成本太大目前有一?#20013;?#22411;的磁通?#30475;?#24863;器是由两个半?#27867;?#25104;检测索力时可?#36816;?#26102;随地扣在斜索的外面进行这就可以大减小检测工作的成本但半?#27867;?#25104;磁通?#30475;?#24863;器灵敏?#30830;?#24120;低而且很不稳定尚处于研?#24179;?#27573;没有实际工程价值

 频率法检测索力是在人工或环境激励下利用加速度传感器拾取斜索的随机振动信号?#35789;?#22495;图再通过FFT将时域图转化为斜索的频谱图确定斜索的各阶自振频?#21097;?#26681;据索力与自振频?#25163;?#38388;的对应关?#26723;?#23454;测的索力频率法测量索力是一种间接方法其精度取决于高灵敏度拾振技术以及准确的索力与频率关系检测时将加速度传感器简单地固定在斜索上能同时进行单根或多根索力的检测因为不需要预埋传感器不仅适用于施工中的桥梁也适用于成桥检测和长期监测尤其是事先没有预埋其它传感器的旧桥的检测几乎是唯一的选择不用预埋加速度传感器可重?#35789;?#29992;成本较低精度?#27493;?#22909;的因此是当今使用最为广泛的索力检测手段  利用振动频率法求索力可以确保斜索的安全因为斜拉桥实际的索力只是斜索极限强度的40%左右只要斜索不发生锈蚀锚固区不出现松动损伤等现象斜索一般是不会发生问题的但若要充分了解斜索的工作状态还?#23545;?#19981;够已有的研究工作指出斜索的刚度垂度仰角以及风力雨雪等因素对自振频率?#21152;?#24433;响要正确地掌握斜索的索力还应考虑消除这些因素的影响

 3 索塔塔顶位移的检测

 斜拉桥所受的交通荷载主梁自重及置于桥面各种设施的重量?#38469;?#36890;过斜索传递给索塔的来承担的斜拉桥的索塔除了根部与地基刚性?#25506;?#20043;外再无其他?#38469;?#32034;塔的自重的所有的斜索索力则是索塔的荷载索力的作用是沿索的轴线方向其水平分力则是使索塔产生水平位移通常索塔的平衡是利用塔轴线对称的两侧索力来维持由于建筑材料的不均?#21462;?#26045;工过?#35752;?#30340;误差等因素很难保证索塔两侧索力的完全对称从而造成索塔的偏移于是索塔塔顶的定位则是确保索塔是否出现了偏移的重要措施特别是考虑到索塔的长细比尽管索塔具有一定的刚度但仍然是一个细杆构件根据结构分析索塔可以看作是一悬臂构件塔的位移是最?#28798;?#30340;

 斜索索力的变化对索塔水平位移的影响不能小觑另外不论是钢塔还是混凝土塔受温度的影响?#38469;?#27604;较大的国内大部分的气温在冬夏之差昼夜之差白天的阴阳面之差都会对索塔产生温度效应再进一步考虑到风和雨雪的影响索塔塔顶实际上在不停地摆动应用目前已有的测量仪器如全站仪GPS等设备对索塔塔顶位移的检测是完全没有问题的但是只有设法消除这些综合因素测出的塔位移才是索塔的真实受力状态

 已有的研究表明在实际检测中可以通过典型时段对塔顶进行连续的跟踪的测量同时监测温度风力和风向等环境资料有条件的话最好还能进行相应斜索的索力检测然后归纳出塔顶位移和这些因素之间的关系式最终给出索塔塔顶位移真实的检测值

 4 结构营运期间的仿真计算

 桥梁结构仿真技术的应用日臻广泛已在桥梁工?#35752;?#30340;设计施工监控和检测?#26012;?#19981;可少的重要?#26041;ڡ?#26012;拉桥的仿真计算是在于建立一个能够全面正确?#20174;?#26725;梁结构真实性态的完整的有限元仿真模型根据斜拉桥的结?#22266;?#28857;和力学特性进行计算分析以代替一部分实际的工作减轻一部分实际工程的工作量

 斜拉桥仿真模型建立的过?#35752;У?#35745;算模式和计算理论的选择应该能够准确模拟?#24615;?#26500;件的空间位置尺寸材料特性以及连?#26377;?#24335;和荷载作用等因素然后进行大规模的全桥结构效应分析计算得到相对详尽精?#27867;?#21487;靠的分析结果在建模过?#35752;?#21333;元的合理选取和划分边界条件的正确模拟?#38469;?#22914;实反应桥梁实际状态的要点基于有限元仿真模型的结构理论计算结构和斜拉桥实际检测结果的对?#30830;?#26512;可以相互验证找出存在的错误为今后修正更准确地建模提供依据为以后的检测工作提供指导作用以达到替代一部分的斜拉桥检测工作的目的

 结构营运期间的斜拉桥仿真计算除了考虑正?#26041;?#27169;之外还应兼顾斜拉桥的动态因素在斜拉桥正常使用中由于荷载与环境因素的作用主梁标高索塔位置都不是确定不动的因此在仿真计算?#20445;?#26377;限元分析的各单元结点的坐标应根据实际工作状态而有所调整另外随着时间的流逝材料也会逐步老化损伤分析时也应考虑到材料性能的衰退诸如此类的原因要求仿真计算必须与实际检测结合起来才能真正准确地?#20174;?#26012;拉桥的受力状态

 表1是某斜拉桥在1997年到2002年5次标高测量的结果按照动态建模的思路在这五个时间段计算的有限元数据中这17结点的坐标应该按实际检测的值代入才是桥梁真实的结构尺寸

 除此之外在建模过?#35752;?#24212;考虑的动态参数还有索塔特别是塔顶的坐标索力等等只有综合了这些因素才能确保仿真分析得出的结论有实际有意义

 5 研究展望

 通过对斜拉桥实际受力状态的检测可以为桥梁使用的安全可靠及维修加固提供科学的依据和积累必要的技术资料另外通过建立斜拉桥的健?#26723;?#26696;数据库也能为进一步完善发展桥梁结构的设计计算理论

 随着科学技术的发展各种桥梁的设计施工以及建筑材料的性能都在不断提高但安全仍然是一个不容忽视问题例如斜索的寿命是斜拉桥安全的关键之一人们最关心是斜索如何?#26639;?#20197;及锚固区的结构损伤和抗疲劳性能近年来斜索?#26639;?#25514;施虽有不?#32454;?#36827;锚固区结构的设计与施工方法也在提高但桥梁结构毕竟还是要长期经历风雨所?#36816;?#21482;有通过索力检测来了解斜索的安全还是最为可靠同样对于全结构的检测仍是将来保证桥梁安全的重要措施

 参考文献

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