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悬索桥主缆钢丝承载强度渐变劣化研究
| 论文题名： | 悬索桥主缆钢丝承载强度渐变劣化研究 |
| 关键词： | 悬索桥;主缆钢丝;承载强度;渐变劣化行为 |
| 摘要： | 主缆是大跨度多塔悬索桥的关键承载构件，主缆一旦失效将严重危及悬索桥结构的安全性。悬索桥在运营过程中，恒载、车载、风荷载以及腐蚀环境的耦合作用引起主鞍座两侧主缆的时变张力差，导致主缆平行钢丝间、钢丝-隔板以及钢丝-鞍槽间产生摩擦磨损、疲劳和电化学腐蚀，即钢丝摩擦腐蚀疲劳行为，进而引起钢丝磨损劣化和有效横截面积降低，导致钢丝承载强度渐变劣化，严重影响主缆承载安全性。因此，研究主缆钢丝承载强度渐变劣化行为对保障悬索桥主缆承载安全性具有重要意义。 本文构建了基于Midas/Civil的泰州大桥有限元模型，获得了主缆的力学行为和主缆钢丝的摩擦疲劳参数；搭建了钢丝摩擦腐蚀疲劳试验台，通过开展钢丝与不同摩擦配副（平行钢丝、隔板、鞍槽）的摩擦腐蚀疲劳实验，研究了钢丝与不同摩擦配副的摩擦腐蚀疲劳磨损劣化行为（摩擦系数、磨损轮廓、横截面失效面积、磨损系数和磨损机理等）；结合损伤力学理论和有限元法，建立了不同摩擦配副下钢丝的损伤度演化模型和钢丝承载强度劣化模型。结果表明：三种摩擦配副下，钢丝摩擦系数变化趋势均分为四个阶段：迅速增加-减小-增加-趋于稳定；钢丝磨损轮廓随疲劳次数近似线性增加，失效面积随疲劳次数近似抛物线增加；磨损系数在实验初期较大，进入磨损稳定期后减小，在磨损后期随疲劳次数增大有小幅度增长；钢丝磨损机理以粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损为主；随着接触载荷的增大，摩擦系数减小，磨损轮廓和失效面积增大；随着疲劳载荷增大，摩擦系数、磨损轮廓和失效面积均增大；钢丝的损伤度与疲劳次数呈现较好的二次函数关系；接触载荷和疲劳载荷的增加，导致钢丝损伤度增大、承载强度降低；钢丝承载强度在实验初期变化较小，随着疲劳次数增加而不断下降。 |
| 作者： | 沈小满 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王大刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学(江苏) |
| 学位年度： | 2022 |
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