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原文传递铁路悬索桥长索夹下主缆应力及索夹抗滑承载力研究

论文题名：	铁路悬索桥长索夹下主缆应力及索夹抗滑承载力研究
关键词：	悬索桥;长索夹;主缆应力;抗滑承载力;高强螺杆
摘要：	大跨度铁路悬索桥恒、活载较大，结构刚度需求高，主缆设计尺寸往往很大。建设中的五峰山长江大桥的主缆紧缆完成后直径达到1.3m，大截面和紧缆不圆度将造成主缆截面内部应力关系复杂。悬索桥端吊索力较大，索夹倾角也最大，该位置处索夹抗滑移问题最突出，在设计中采用长索夹以排布更多高强螺杆来提高索夹抗滑承载力，这就造成主缆-索夹系统力学关系受主缆垂度影响严重的问题。论文针对以上问题进行了相关研究，主要内容、方法和成果如下: 　　利用均质化的思想，以主缆-索夹紧固系统表现出来的宏观力学性能为基础，针对关心的主缆截面内部应力分布问题，采用三向异性材料来等效代替主缆系统，简化主缆内钢丝与空隙之间复杂的非线性关系。建立主缆-索夹紧固系统的ANSYS有限元实体模型，通过实测数据结合有限元分析，拟合出三向异性等效材料的应力应变关系，并证明这种材料在主缆-索夹紧固系统研究中具有通适性。　　将等效材料运用到长索夹下考虑垂度效应影响的主缆力学行为研究中，分别比较不同对合形式的索夹对主缆表面及内部受力的影响，探索应力分布规律，其中特别分析了主缆不圆度的影响。建立多尺度有限元模型，模拟索夹的紧固与承载过程，探索综合考虑主缆垂度、索夹对合形式、吊索力、主缆索夹接触面局部滑移及索夹端口主缆截面变化等多因素影响的索夹极限抗滑承载力，并对索夹在运营过程中的抗滑承载力进行评估。　　在同时考虑主缆垂度和吊索力的情况下，比较不同的高强螺杆紧固工艺对长短两类索夹高强螺杆松弛规律及索夹在施工及运营过程中极限抗滑承载力的影响。　　分析计算结果表明，采用柱坐标系下的三向异性材料等代模拟主缆系统在结构变形上与实验结果吻合较好，应力结果接近真实。将等效材料运用到主缆截面尺寸差异较大的另一组实验数据中时，有限元模拟的主缆紧固过程变形曲线能够与实测结果吻合，证明材料在主缆-索夹紧固研究中具有通适性。由于索夹的紧箍作用，主缆截面内的径向应力和切向应力均呈现圈层分布，截面中心应力较小，接近主缆表面应力较大，在索夹端口处有明显的应力集中及弯曲二次应力，且应力等值线形状受主缆与索夹壁厚相对尺寸的影响。主缆垂度和不圆度会影响主缆截面内的应力分布规律。主缆表面的弯曲二次应力同时受索夹的传力方式及主缆垂度的影响，弯曲二次应力分布在索夹端口12cm的范围内。通过计算主缆索夹接触面摩擦应力对面积的积分得到的索夹抗滑承载力，大于实际加载滑移时的索夹下滑力，表明吊索力及主缆索夹接触面的局部滑移现象对索夹抗滑有不利影响，且对左右对合型索夹的影响更加严重。考虑主缆垂度效应时，索夹在施工及运营过程中的抗滑承载力受索夹长度、对合形式、主缆不圆度和高强螺杆紧固方案的影响，索夹短、紧固阶段数多，主缆不圆度低，从索夹中间位置的高强螺杆开始紧固，得到的终态索夹抗滑承载力更高。桥塔附近的长索夹随着梁段的吊装需要补足高强螺杆张拉力来保证施工过程中的索夹抗滑承载力，且运营状态的索夹抗滑安全系数不能达到3;跨中附近的短索夹仅需要安装状态时高强螺杆张拉到设计拉力，并在成桥状态进行补足，即可满足施工及运营过程中的抗滑承载力要求。
作者：	何恺
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	沈锐利
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文