超大跨径cfrp主缆悬索桥静力性能理论研究

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1、超大跨径CFRP主缆悬索桥静力性能理论研究摘要：首先推导了大跨悬索桥的无量纲形式平衡方程和协调方程得到索力和位移控制方程，然后推导了索力方程中的特征参数入2的表迖式，分析了参数A2和载荷比P对索力和位移增量的影响。在此基础上，以3000m跨度悬索桥为算例，分析了在正反对称载荷工况下考虑和不考虑拉索弹性伸长情况下的悬索索力和位移增量的特征，最后对比钢索，分析了悬索桥跨度对CFRP缆索内力、位移控制方程参数的影响，以及参数变化对缆索体系悬索桥静力行为的影响，阐述了大跨CFRP悬索桥静力行为的本质特征，从理论上证明了CFRP悬索体系的优势和特点。关键词：悬索桥；CFRP索；钢索；静力性能分类号:U

2、448.25文献标志码：A文章编号：16744764(2014)02004809Abstract：Equilibriumequationandcompatibilityequationarededucedtogetthecableforceequationandcabledisplacementcontrolequation.Thentheexpressionofcharacteristicparameter入2incableforceequationisdeduced.Meanwhile,theinfluenceontheincrementofcableforceanddisplaceme

3、ntcausedby入2andloadratioPisanalyzed.Onthisbasis,taking3000mspansuspensionbridgeasacalculatingexample，thecharacteristicsoftheincrementofcableforceandcabledisplacementundersymmetricalandasymmetricalloadarestudied.Inthiscase，twodifferentconditionsareconsidered.Onetakestheelasticelongationintoconsidera

4、tion,buttheotherdoesnot.Atlast,comparedwiththesteelcable,theinfluenceontheparameterincableforceequationanddisplacementcontrolequationcausedbyspanisanalyzed.Theinfluenceofthestaticperformanceofsuspensionbridgebyparameterchangingisanalyzedaswell.Thesubstantivecharacteristicsofthestaticperformanceofsu

5、perspanCFRPsuspensionbridgeareclearedandthesuperiorityandcharacteristicsofCFRPcablestructurearedemonstratedintheory.Keywords：suspensionbridge；CFRPcable；steelcable；staticperformance现代悬索桥主缆一般都采用钢索，而缆索体系的缆索材料用量随跨度的平方增长。如果采用传统的钢索，主缆的自重将特别可观，其自重应力将消耗掉容许应力的相当大部分，承载效率会非常低［1］。另外，镑蚀也是钢索耐久性面临的严峻问题之一。正是由于钢索的这

6、些缺陷限制了现代悬索桥向超大跨径的发展。碳纤维复合材料（简称CFRP）具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳等特点。这些性能特点说明CFRP很有可能代替钢材成为主缆用材，很多学者对用CFRP的桥用性能进行了研究。Meier［2］提出了CFRP用于桥梁缆索体系的思想并在Stork桥上首次应用CFRP索，对该桥长期的跟踪监测表明，CFRP索的测试结果超过了预期效果。吕志涛等［3］在江苏大学建设了首座CFRP索斜拉桥。在理论研究方面，Wang等［45］研究了CFRP、BFRP、B/SFRP等6种不同组成成分的FRP力学性能和疲劳性能，从拉索强度和等效刚度的基础上，评估了各种CFRP拉索的安全因子，分析了这6

7、种千米级CFRP拉索的适用范围。李翠娟等［6］利用有限元分析软件对超大跨径CFRP主缆悬索桥与超大跨径钢主缆悬索桥的静动力特性进行对比分析；齐玉军等［7］研究了FRP索和钢索的极限跨径计算；马文刚等［8］利用有限元软件对CFRP索和钢索悬索桥静力性能进行了对比研究。以上文献，多基于有限元方法建立悬索桥模型，分析CFRP悬索桥的力学特性，基于理论方法的研究CFRP悬索桥的文献尚未见到。中小悬索桥以索梁分析为主，