斜拉桥索力测试方法及误差研究

斜拉桥索力测试方法作者：项沛来源：《科技探索》2013年第04期1.引言索力测试无论是在斜拉桥的建设过程中还是在其日常维护检测中都具有举足轻重的地位。

索力是否处在合理的范围内将直接影响结构的整体受力状态和线形的平顺程度，所以对拉索的索力进行定时的测试是斜拉桥、下承式拱桥和悬索桥等带索桥梁日常维护的重要内容。

经实践验证，进行索力测试时，不同的测试方法和不同的工程也存在较大的差异，这是由于不同的索力测试方法所需的计算参数不能准确测定，不同工程也因其具有自身特点和各异的环境因素所致。

索力测试前必须选定合适的测试方法，考虑到影响测试精度的各种因素，例如影响振动法测试精度的因素有：仪器、计算模式、边界条件、索长、外界环境、斜度以及垂度等。

当这些因素在索力测试时如果处理不当则会对测试结果造成不小的误差。

所以，对不同的索力测试方法及其影响因素进行分析显得格外重要。

2.索力测试方法2.1千斤顶压力表测定法现阶段斜拉桥的施工现场，斜拉索均使用千斤顶张拉，其原理为：千斤顶张拉油缸中的液压和斜拉索的拉力有直接的关系，所以我们可以根据精密压力表或液压传感器测定油缸的液压，然后就可根据液压反推出索力。

但此法现阶段还存在以下缺陷：（1）当拉索安装完成后，若还想用此法来测试索力将会变的十分困难和不便，工程量也很大。

（2）千斤顶在张拉过程中对拉索的锚杆螺纹会产生很大的损害。

（3）此法所得到的索力值只能代表张拉端的局部索力，不能代表整跟拉索的索力大小。

（4）在测试之前需要事先标定，如果标定粗糙，误差将会很难控制。

2.2 压力传感器测定法该方法一般与振动法联合使用，可作为对振动法测定索力结果的一种校核，已安装的传感器还可以在成桥后的运营阶段连续测定索力值，还适用于成桥后运营状态下的索力长期监控。

压力传感器测定法的原理是永久安装压力传感器在斜拉索的锚固端或张拉端，传感器的感应锚头的压力与斜拉索的索力成一定的比例关系，所以可通过传感器感应锚头的压力来反算斜拉索的索力，此法测量结果精度高，而且索力在索中的位置明确。

斜拉索索力检测方法原理数据处理斜拉索是现代桥梁结构中常见的承重构件，其安全稳定的运行对桥梁的使用寿命和安全性至关重要。

因此，斜拉索的力学性能检测是桥梁维护保养的重要工作之一。

目前，常用的斜拉索的检测方法有振动法、光纤光栅传感器法、静荷载法等。

本文将介绍常用的静荷载法检测斜拉索的原理、数据处理方法和应用。

一、静荷载法原理静荷载法是通过施加外力测量斜拉索的变形，进而计算出斜拉索下挂载的主梁的受力状态。

斜拉索检测通常使用的是龙门式起重机，通过千斤顶或液压缸施加大约10%-15%的荷载变形程度测定斜拉索各处的竖向和水平变形，得到斜拉索变形量后采用反演法或其他数值分析方法，计算出斜拉索的受力状态。

二、数据处理方法（一）反演法反演法首先要建立适当的模型，在进行斜拉索检测时，常用的模型有螺旋夹杂法、结构参数法、常数对数变化法等。

其中，螺旋夹杂法是最常用的方法，其原理是将斜拉索当做弹性体，通过静负荷实验测定斜拉索下端各处的竖向和水平位移值，得到斜拉索下端的位移函数，根据弹性理论和能量原理，推导出斜拉索的受力状态。

具体流程如下：1. 采集斜拉索下端各处的位移值，并绘制荷载- 位移曲线；2. 将实验数据输入计算机，得到斜拉索的弹性模量、截面积等参数；3. 建立斜拉索的数值模型，包括斜拉索的材料、断面形状、支座约束情况等；4. 将实验数据和数值模型进行对应计算，对模型进行优化，调整所用的弹性系数、部件尺寸等；5. 依据斜拉索的边界条件和受力平衡原理，得到斜拉索所受的拉力和受力分布规律。

反演法能够根据斜拉索的实际变形数据来计算其受力状态，但需要建立复杂的数值模型，数据处理较为繁琐。

（二）数值分析法数值分析法常用的工具是有限元分析软件，它可以基于静荷载实验数据，构建出有限元模型，通过有限元计算，得到斜拉索的受力状态。

与反演法相比，数值分析法上手快，操作简便，计算结果也具有较高的精度。

具体流程如下：1. 根据斜拉索的实际结构特点，建立有限元模型，划分为若干个小单元；2. 输入静荷载实验数据，并确定模型的约束和荷载；3. 运用有限元软件，采用线性静力学分析，进行模拟运算；4. 根据计算结果，得到斜拉索所受的拉力和受力分布规律。

斜拉桥检测技术的几点探讨1 概述我国交通运输事业的飞速发展，为道路和桥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，并预测其承载能力。

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，桥梁结构实际承载能力以及剩余寿命，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、钢筋混凝土与预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制截面、结构薄弱部位进行检算，来评定桥梁结构承载能力及其适用条件。

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，分析评定桥梁承载能力。

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。

斜拉桥索力测试方法及原理综述摘要 斜拉索的索力大小直接决定着斜拉桥的工作状态，采用准确的方法进行合理的索力测试是保证斜拉桥顺利施工和安全运营的必要手段。

本文针对目前斜拉桥索力测试中常用的方法及其原理进行了阐述和比较，并指出了各种方法的特点和适用场合。

关键词 斜拉桥 索力 测试 综述Summary of Methods and Theories to Cable ForceMeasurement of Cable —Stayed BridgesAbstract Cable force decides the working state of the cable-stayed bridge directly. Measuring the cable force of the cable-stayed bridge through some exact method is the guarantee to construction and operation. This paper summarises the methods and their theories usually uesed in cable force of cable-stayed bridge measuring. Furthermore, Features and their applying places are pointed out.Keywords cable —stayed bridges cable force measurement summary斜拉索是斜拉桥的一个重要组成部分，斜拉索的工作状态是斜拉桥是否处于正常状态的主要决定因素，所以，能否对斜拉索索力进行精确的测量，在很大程度上决定着斜拉桥施工的成败和正常的运营。

斜拉桥索力测试的方法很多，经过近年来的实践，许多方法已经被淘汰（如“扭力扳手测试法”，误差较大），目前常用的有以下几种：1. 压力表测定法目前，斜拉索均使用液压千斤顶张拉。

第39卷，第4期2 0 1 8 _7 月中国铁道科学CHINA RA ILW A Y SCIENCEVol. 39 No. 4July, 2018文章编号：1001-4632 (2018) 04-0063-08一种测量斜拉桥拉索索力新方法---垂度法葛俊颖S苏木标2，李文平1(1.石家庄铁道大学土木工程学院，河北石家庄050043;2.石家庄铁道大学大型结构健康诊断与控制研究所，河北石家庄050043)摘要：考虑拉索弯曲刚度、索端安装减振装置以及几何非线性等因素的影响，采用有限元软件A N S Y S分 析某斜拉桥拉索索力与垂度的关系。

结果表明：当斜拉索索力较大（垂度较小）时，离开其锚固位置和阻尼减 振装置一定距离，从拉索中部任意选取一段适当长度拉索的索力与垂度之间存在确定的函数关系，且这种关系 几乎不受斜拉索本身的弯曲刚度和两端支承条件的影响。

据此提出通过测量斜拉索中部某索段的垂度确定索力 的方法——垂度法。

该方法依据测量出的所选索段的倾角、弦长和最大垂度，按推导的公式计算所选索段的平 均索力，根据每延长米的索力差和索段的位置确定整个拉索的索力。

模型试验结果表明，用垂度法测得的索力 误差在2%以下。

关键词：斜拉桥；拉索；垂度；索力；测试方法；垂度法中图分类号：文献标识码：A doi：10.3969/j. issn. 1001-4632.2018.04.10目前斜拉桥索力的测试方法主要有液压表法、测索伸长量法、压力传感器法、磁通量法和振动频率法等[12]。

液压表法和测索伸长量法一般仅用于拉索张拉施工过程中的索力测量，无法测量已张拉完毕的拉索。

压力传感器法由于压力传感器的售价昂贵、自身重量大，需在施工阶段预先埋置，而且输出的结果存在漂移，因而限制了这种方法在索力检测和长期监测中的应用。

磁通量法需要事先测定拉索材料特性并在拉索内放置小型电磁传感器[1]，才可用于测量施工过程中和成桥的索力，但要求初期投入成本较高，国外应用较多而国内应用相对较少。

交通科技与管理127工程技术1　绪论 斜拉索是斜拉桥的主要受力结构，需定期对拉索进行导波检测和索力测试，且索力值的大小直接影响全桥受力状态。

该斜拉桥的斜拉索采用平行钢丝索，双索面，每侧50根，对称分布。

通过分析本次试验结果，得出影响索力测试值的因素。

通过对该桥100根斜拉索和锚固端的检查与导波检测，可知斜拉索PE护套完好，斜拉索上、下锚头性状良好，钢索基本无锈蚀，初步判断斜拉索整体性状良好，实测索力与计算理论索力比较符合。

2　索力测试研究 本次斜拉索索力测试采用JMM-268动测仪，除考虑仪器主频阶次修正外，还应考虑温度、测试位置的影响。

2.1　仪器主频阶次修正 测试时仪器频谱图形中出现多个峰值点，每个峰值代表一个自振频率，理论下两相邻峰值点间距离相等，且每两相邻自振频率的间距与基频相等。

实际中多数情况下某些阶次信号微弱，不会显示在频谱图上，造成两相邻峰值点间距离不相等。

此时，以相邻两峰点之间的频率最小值作为基频，以主振频率f n除以该基频值作为主振频率的阶次n。

列举实测基频波形图说明相邻峰值点间距不同时，判断主频阶次n，见图1所示。

图1　实测基频波形图 频谱图中共出现了七个峰值频率，第四峰值频率最大，作为主振动频率f n而间隔最小值为 f4-f3，f n（即f4）大致应为f4-f3的三倍，确定主振频率的阶次为n = 3而非n = 4。

仪器测量分析后会自动给出一个n值，需分析确定后键入正确的n值。

斜拉桥索力测试分析苏　雯（石家庄铁道大学四方学院,石家庄 050000）摘　要：斜拉索对斜拉桥受力、线型影响大，因此准确的进行索力测试，对评定在役斜拉桥的整体状态具有重要作用。

本文一斜拉索采用JMM-268动测仪测试索力，对仪器主频阶次修正、温度和测试位置对基频影响进行了分析，并给出索力测试建议，为类似斜拉桥拉索索力测试提供实测和理论依据。

关键词：斜拉索；索力测试；基频表1　不同温度和测试位置下斜拉索基频测试表凌晨（温度18℃~21℃）中午（30℃~33℃）不同温度同测点差值百分率理论基频不同测点与理论值差值百分率拉索编号距索端3 m处拉索1/2处差值百分率距索端3 m处拉索1/2处差值百分率距索端3 m处拉索1/2处距索端3 m处拉索1/2处L1 3.988 3.957 3.1 3.980 3.957 2.30.80 6.56 258260.3 L2 3.343 3.326 1.7 3.341 3.322 1.90.20.4 5.76 241.9243.8 L3 3.020 3.009 1.1 3.014 2.998 1.60.6 1.1 5.14 212.6214.2 L4 3.018 3.005 1.3 3.010 2.997 1.30.80.8 4.59 158159.3 L5 2.428 2.4200.8 2.423 2.38 4.30.54 4.13 170.7175 L6 2.240 2.24 2.243 2.18 6.3-0.32 3.76 151.7158 L7 1.879 1.842 3.7 1.876 1.815 6.10.3 2.7 3.44 156.4162.5 L8 1.732 1.687 4.5 1.729 1.675 5.40.3 1.2 2.93 120.1125.5 L10 1.643 1.5935 1.631 1.586 4.5 1.20.7 2.55 91.996.4 L12 1.578 1.5017.7 1.560 1.4897.1 1.8 1.2 2.73 117124.1 L14 1.422 1.368 5.4 1.398 1.354 4.4 2.4 1.4 2.2585.289.6 L190.9780.922 5.60.9730.920 5.30.50.2 2.12114.7120 L210.9660.921 4.50.9660.919 4.700.2 1.98 101.4106.1 L220.9570.910 4.70.9560.899 5.70.1 1.1 1.8690.496.1 L240.9110.854 5.70.9060.849 5.70.50.5 1.7584.490.1 L250.9170.852 6.50.9090.846 6.30.80.6 1.6675.181.4作者简介：苏雯（1986-）,女,河北邢台人,硕士,工程师,研究方向：桥梁施工控制、工程检测。

桥梁钢缆索力测试简化方法的误差分析与控制摘要：钢结构桥梁以其轻质、良好的受力性能得到人们越来越多的重视，尤其斜拉桥和悬索桥以其良好的跨越能力成为大跨径桥梁的首选方案，不管施工运营，掌握其主要构件拉索的受力状态十分重要，本文针对目前在拉索结构上广泛使用的振动测试索力方法，从误差定律、结构阻尼、边界条件、拉索刚度等方面探讨了其对拉索索力估计的影响，并通过分析提出了评估各因素对结果的影响大小的方法及改进建议。

关键词：钢结构；索力；误差；振动法拉索已经广泛运用与各种结构中，在斜拉桥中是承担荷载的主要构件之一，在其他结构中如张弦梁、张弦桁架等结构中，主要承担拉力。

拉索的受力对结构的内力和结构受力安全有着重大的影响。

因此，分析研究拉索计算索力的误差来源对指导工作实践有很大意义。

目前常用拉索索力的测试方法有：千斤顶法、压力传感器法、磁通量法和振动法。

千斤顶法和压力传感器法适用于施工阶段；磁通量法是一项非接触无损新技术，但目前技术还不很成熟，在国内应用较少；对于已建成的桥梁，振动法以其快速、无损、方便、可重复而得到广泛运用。

索力的控制对拉索结构的施工和使用阶段有着至关重要的作用，振动法虽然存在不少优点，但其在实际运用中受到诸多条件影响，有时会导致测试结果不可忽视的误差。

作为实践分析人员，如果要控制好估算结果的准确度，就必须要充分认识了解到这些误差的存在。

1 误差定律假设相对误差都为1%，则其结果误差为5%。

但是如果仅是要评估两阶段的索力变化，则其索力估计中得误差只有频率测量，精度很高。

但前提是两阶段的估算取的其他参数一致，如果为不同单位估算，前后沟通不够；或由于各种原因估算资料缺失，只有结果；或者基于认识的不同对模型的不同理解，取的参数不一致，则会降低其对比结果的意义。

要减小从误差原理上考虑的误差，在频率的测量上，我们要提高采样频率，提高频率分辨率，在考虑预估基频的前提下，根据我们可接受的测量误差设定数据采样频率；熟悉设计施工文件，根据相关资料正确确定计算索长；根据斜拉索材料正确计算单位长度质量。

斜拉桥索力测试影Ⅱ向因素分析研究赵春花(重庆科技学院，重庆市401300)嗡要】本文主要阐述了搌颠法测试斜拉桥索力的原理，分析了斜柱索的抗弯刚度、垂度、索长、边界条件以及温度等对斜拉桥索力的影响。

日蝴】斜拉索；搌频法斜拉桥因其优美的结构形式在世界各国得到了广泛的应用，斜拉索作为斜拉矫的一个重要组成部分，其工作状态是斜拉桥是否处于正常状态的主要决定因素，斜拉桥索力测定的准确与否直接关系到斜拉桥的安全。

因此，如何正确目精确测量斜拉桥的索力已成为众多研究人员关注的重点，受到极大的重视。

1常用索力检测方法目前，斜拉桥索力测试常用的几种方法为：1)千斤顶液压法：2)压力传感器测定法：3)光纤光栅测定法：4)磁通量法)：5)振动频率法。

振动频率法利用斜拉索随环境变化时发生随机振动的特征，采用低频传感器拾取斜拉索在环境或^工激励下的振动信号，经过滤波、放大和频谱分析，再由索力和频率的关系推求出索力。

2振动频率法测|试索力原理斜拉桥索力检测有多种方法，但在恒载条件下要对全桥索力进行系统、全面、快速的检测，振动频率法是最为有效的方法。

斜拉索振动平衡微分方程为：堕{；斗一T ；；；+EI j ÷≥=o ，假定斜拉索两端是g or 0x 。

o x铰接，在不考虑斜拉索抗弯刚度的条件下，解微分方程可得斜拉索的索力T=型!{芷，式中：．詹——斜拉索第n 阶自振频率(H z)；l-—斜n-g拉索计算长度(m )：n_—螺动频率阶数。

由振动频率法的原理可知，斜拉桥索力的测试通常利用频谱图中相邻两谐振峰之间的频率差求得基频，即可计算对应的索力胆在实际工程中，斜拉桥索力的测试不仅受到测试方法的影响，还受到斜拉索的抗弯刚度、垂度、索长、边界条件以及温度等诸多因素影响，分析这些参数与索力的关系以便更准确的测试索力就显得尤为必要。

3振动频率法测试索力影响因素分析”抗弯刚度的影响根据斜拉索振动平确微分方程可知，索力的大小与索的抗弯刚度存在一定的关系，通常情况下，在考虑斜拉索的抗弯刚度时，斜拉索的索力T ：婴氅丝一』￡辱娶，式中第二项为斜拉索弯曲刚度对索力的修n-gL ‘I Eo斜拉索的精确索力与斜拉索的抗弯刚度密切相关。

斜拉索索力实验报告
斜拉索是斜拉桥结构重要的组成部分，对结构的受力状态及主梁的线形有着重要的影响，斜拉桥索力测试的准确与否直接关系到斜拉桥施工控制的顺利实施,是斜拉桥能否成功修建的关键。

问题之一，在工程实际中,常用的索力测定方法有压力表测定法,压力传感器测定法以及频率法。

由于前两种方法-般仅适用于在张拉斜拉索时的索力测定，当需要对已施工完毕的斜拉索进行索力复核时，频率法几乎是唯一的选择。

由于频率的测试精度可以达到10000所以频率法所确定的索力精度在很大程度取决于索本身参数的可靠性。

诸如索的刚度，索的计算长度索的线密度,索的边界条件,索的物理环境等本工程背景,对施工过程,成桥验收,运营过程中的大直径高吨位斜拉索索力进行了测试,并对影响斜拉索索力的诸多因素进行了探讨。

为了了解桥梁使用状况下斜拉索的真实索力,在不中断运营荷载的状况下对斜拉索索力进行了测试与分析,以期对大直径高吨位斜拉索的索力测试以及斜拉索运营过程中的实际索力评估提供一定的借鉴意义。

桥梁索结构拉索索力测定方法研究桥梁索结构是近年来建造的一种典型的现代桥梁形式。

它不仅具有美观的外观和高雅的线条，而且具有高度的承载能力和极好的抗震性能，因此在桥梁的设计和建设中具有广泛的应用。

然而，由于这种结构中包含了大量的拉索，因此如何准确地测定拉索的索力是一个尤为关键的问题。

本文将详细介绍桥梁索结构拉索索力测定方法的研究现状和发展趋势。

一、传统测定方法的不足传统的拉索索力测定方法主要包括两种，一种是采用弹性应变测定方法，另一种是采用磁粉探伤法。

然而，这两种方法都存在着一定的不足之处。

1.弹性应变测定方法。

这种方法是通过贴附在拉索表面的应变计测得拉索在受荷作用下的应变变化，进而计算出拉索的索力大小。

但是，由于这种方法对应变计的质量要求极高，而拉索表面受到的外界干扰信号也很容易影响到应变计的读数，因此其测量精度相对较低，容易出现误差。

2.磁粉探伤法。

这种方法是通过在拉索表面涂上磁粉，在拉索表面产生磁场的作用下，观察磁粉颜色的变化，以判断拉索是否存在裂纹或缺陷，进而对拉索的索力进行估算。

然而，由于这种方法无法测量出拉索的精确的索力数值，只能进行大概的估算，因此不利于对桥梁结构的健康状态进行全面的评估。

二、新型测定方法的研究现状为了提高桥梁索结构拉索索力的测量精度和稳定性，近年来学者们提出了许多新型的测量方法和技术。

这些方法和技术不仅能够准确地测定出拉索的索力大小，而且还能够全面评估桥梁结构的健康状况，确保桥梁的安全性和稳定性。

下面将介绍几种较为常见的新型测定方法。

1.光纤传感技术。

这种技术是通过将光纤穿过拉索内部，测量拉索在受荷作用下光纤的弯曲和振动，从而得出拉索的索力大小。

由于光纤传感器具有高灵敏度、高抗干扰性和高精度等特点，因此能够在大范围内实现拉索索力的实时测量。

2.微型应变片技术。

这种技术是将一小片微型应变片粘贴至拉索表面，测量其在受荷作用下的变形情况，进而计算出拉索的索力大小。

由于微型应变片具有小巧、轻便和高精度等优点，因此能够在实际工程中广泛应用。