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原文传递不同轴偏转角钢绞线吊索力学性能研究

论文题名：	不同轴偏转角钢绞线吊索力学性能研究
关键词：	拱式桥;吊索结构;轴偏转角;钢绞线;力学性能;疲劳性能
摘要：	在中、下承式拱桥中，吊索作为连接拱肋和桥面系结构的承载部件，其安全性能直接影响着整座桥梁的使用状况。通过对其他学者的研究文献和桥梁坍塌破坏案例的分析，发现在长期荷载作用下吊索上下两端会产生不同轴偏转角，而且这种现象在漂浮结构体系的桥面系中尤为突出。目前国内外学者主要集中研究吊索的腐蚀破坏和疲劳破坏上，而对吊索上下两端产生不同轴偏转角的现象研究较少。因此本文针对该现象开展系统性研究，分析不同轴偏转角对钢绞线吊索力学性能的影响规律。具体研究内容和成果如下：　　（1）通过对拱桥桥面构造、吊索连接形式等条件分析，总结拱桥吊索形成轴偏转角现象的影响因素。并对跨径为200m和300m的两座中承式拱桥进行有限元分析，研究吊索在不同荷载工况下的轴偏转极值。研究发现：在恒载和恒载-温度荷载组合的作用下，拱桥吊索轴偏转角度较小，均在4mrad 以下。在恒载-移动荷载组合作用下，拱桥吊索轴偏转角度较大，最大达到10mrad以上。其中短吊索和次短吊索的轴偏转现象最为严重，随跨径的增大，吊索的极限轴偏转角也随之增大。　　（2）选取钢绞线吊索的基本单元1860级七丝钢绞线进行4 个轴偏转角度（0、10、20、30mrad）下的静力张拉试验，试验发现随轴偏转角度的增大，钢绞线的极限抗拉强度线性减小。当轴偏转角达到30mrad时，钢绞线的极限抗拉强度减小约 25.4%。随后利用有限元软件建立 1、3、7、12、19、27 股钢绞线吊索，对吊索进行轴偏转角张拉模拟。研究发现：轴偏转角会引起钢绞线受力不均，导致钢绞线吊索在锚固端产生应力集中现象，严重削弱钢绞线的力学性能。　　（3）利用盐雾腐蚀箱对镀锌钢绞线分别进行三级普通腐蚀和应力腐蚀，发现在腐蚀前期0-360h内，主要破坏钢绞线的镀锌保护层。钢绞线在拉力作用下会大幅度加快腐蚀速率，使钢绞线表面更容易产生缺陷。对腐蚀钢绞线试件进行不同轴偏转角静力张拉试验，结果表明腐蚀程度和轴偏转角的增大，都会使腐蚀钢绞线的极限强度逐渐减小，但未形成严格的线性关系。在钢绞线模型上建立不同位置的半球状蚀坑进行应力分析，发现蚀坑会引起应力突变，越靠近锚固端的蚀坑应力受轴偏转角的影响越大。　　（4）利用Goodman方程对目前1860级钢绞线的S-N曲线进行修正，推导得到钢绞线在不同轴偏转角下的 S-N 曲线。设计完整的钢绞线轴偏转角疲劳试验方案，对钢绞线进行4个轴偏转角度（0、10、20、30mrad）下的疲劳试验。试验发现：钢绞线吊索疲劳寿命随轴偏转角增大而减小，且轴偏转角度越大，下降速率越快。当轴偏转角度超过20mrad后，钢绞线吊索的疲劳寿命会大幅度削弱。轴偏转角为30mrad时，钢绞线疲劳寿命减少15.25%，由此可知轴偏转角对钢绞线疲劳寿命影响显著，削短吊索的使用年限。　　（5）对钢绞线吊索及钢绞线半球状蚀坑模型进行轴偏转角疲劳寿命有限元模拟。研究发现，钢绞线吊索的股数越多，其疲劳寿命受轴偏转角的影响越大。轴偏转角对锚固端蚀坑的寿命影响比对其他位置的蚀坑寿命影响更大。当轴偏转角超过某个阈值时，钢绞线吊索的疲劳机理将会发生改变。　　轴偏转角会削弱钢绞线吊索的力学性能，影响吊索的正常运营状态，甚至会导致安全事故的发生。因此，当中、下承式拱桥吊索发生轴偏转现象时，应要考虑对吊索进行矫正、加固处理。
作者：	朱国超
专业：	土木工程(桥梁与隧道工程)
导师：	邓年春
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广西大学
学位年度：	2022