公路桥梁索结构索力测量的振动测量法.docx

公路桥梁索结构索力测量的振动测量法
1振动频率法原理
振动频率法测量索力的原理是在一定条件下索股拉力与索的振动频率存在对应的关系，在已知索的长度与分布质量时可通过索股的振动频率可计算索的拉力。该法要求索两端的约束条件要比较明确否则要通过现场试验确定换算索长。
2测量系统及技术要求
测量系统由传感器、放大器、信号采集与分析装置组成，配置时要注意以下几点：
(1) 传感器、放大器系统要有足够的灵敏度，以便可以测量索的自然环境随机振动微弱信号。
(2) 测量系统要满足不同索长自振频率对仪器频率响应特性的要求，一般需要有0.31Hz的带宽。
(3) 信号采集与分析装置，应有频率分析功能，以便获得索的前35阶自振频率。测量时应能同时监测记录信号的质量。
3测量与记录
3.1索的自振频率测量，可采用随机环境振动的测量方法，测量索在风等环境激励下的振动信号。若由于测试系统灵敏度不够，可采用人工激振。
3.2测量时应临时解除索的阻尼器。
3.3将传感器用专门的夹具或绑带固定在索股上，测量索的横向振动。
3.4由信号采集装置记录索股环境随机振动或人工激振的振动信号，同时注意观察信号质量。
3.5用分析装置对信号进行频谱分析，获得索的前58阶自振频率。对信号进行分析时分析参数的选择按随机信号处理的规定，合理选择采样频率、频率分辨力和滤波器的截断频率等以减少信号处理误差。谱分析时的频率分辨率应不大于拉索基频的1%。
4索力(T )的计算
4. 1当索的抗弯刚度可忽略，索两端约束条件为铰结时，则：
4旷L2
T f2(F 10. 4. 1)
n2g n
4. 2当考虑索的抗弯刚度，索两端约束条件为铰结时，则：
m 4WLn2EI 2
T f 2
n2g nL2(F 10.4. 2 )
式中：f 一索的第n阶自振频率n
L 一索的计算长度
n —振动阶数
E —索的抗弯刚度
旷一单位索长索的质量
g —重力加速度
5影响因素及结果的修正
5.1影响测量准确性的因素
振动频率法测量索股张力，影响测量结果的主要因素有两点：①索两端约束条件以及索长的取值与理论假设的差异；②索抗弯刚度的影响。
5. 2减小误差的措施及结构的修正
(1) 尽量采取低阶频率，并用前5阶频率计算结果的均值作为索力的实测值。
(2) 将索按长度分成若干组，对不同长度组，选取12根索在其锚下或索股上安装了传感器，通过振动频率法和传感器直接测量法进行对比测量修正。
(3) 在试验索上设置一定标距的两个基准点，安装引伸仪，通过在一定荷载增量下测量的索伸长量，求得索受荷后的索力增量，并与加载前后振动频率法测得的索力增量进行对比分析，确定索力修正系数。