斜拉索火致损害及换索模拟计算分析_张志国

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1、第24卷第3期石家庄铁道大学学报(自然科学版)Vol．24No．32011年09月JOURNALOFSHIJIAZHUANGTIEDAOUNIVERSITY(NATURALSCIENCE)Sep．2011斜拉索火致损害及换索模拟计算分析112张志国，杜召华，殷春足(1．石家庄铁道大学土木工程学院，河北石家庄050043;2．石家庄职业技术学院实训技术中心，，河北石家庄050081)摘要:以某斜拉桥拉索火灾事故为背景，通过选取钢绞线拉索过火损伤变量模型，建立该桥的有限元模型进行模拟计算

2、，对拉索火灾前后和换索修复前后斜拉桥的工作性能进行了比较，可为换索施工提供理论依据。关键词:斜拉桥;拉索;火灾;损伤中图分类号:U446．3文献标识码:A文章编号:2095-0373(2011)03-0012-041工程概况某斜拉桥为独塔单索面带协作体系混凝土斜拉桥，塔梁墩固结，即主跨为单塔单索面斜拉索式结构，东端两孔为塔索梁(横梁)墩台组合式结构。桥梁全长260m，桥面宽24．7m，桥跨布置为100m(边跨)+125m(主跨)+35．5m(协作体系)，其中机动车道宽18．0m，上、下行各两车道共4车道，中间设宽2．7m的斜拉索下锚带及其护栏，每侧宽2．0m人行道及栏杆。桥

3、梁设计荷载:汽车-20级，挂车-100，人群荷载2为3．5kN/m。拉索区施工采用移动支架法节段浇筑，协作体系采用满堂支架法整体浇筑，最后于主跨浇［1］筑合龙段，实现全桥合龙。主梁截面采用单箱三室箱型截面形式，三向预应力混凝土结构，采用C50混凝土。梁高2．2m，顶宽24．7m，底宽13．5m，顺桥向每隔10m设一道横梁，其间距与索束间距相同。主梁纵向、横向均设有OVM15B型边锚，竖向设有32冷拉Ⅳ轧丝锚。主塔横截面为矩形截面，外部尺寸为5m(顺桥向)×2．7m(横桥向)，自承台顶至塔顶高77．74m，中间设两道横梁。桥上主塔为69m高，自第一对斜拉索以上为空腹截面，空腹

4、面积为2．3m×1．0m。塔身采用C50混凝土，设有32主筋。两侧拉索相等的拉力由塔身内的预埋钢锚箱予以平衡，不平衡水平力及由其引起的弯矩由塔身承受。斜拉索为平行单索面，全桥共对18根斜拉索，梁上基本索距为10m，塔上竖向基本索间距为5．77m，索梁倾角为30°，最大索力将近10000kN。9对斜拉索平行对称锚固于索塔的东西两面，每根斜拉索由109根钢绞线平行组成等六边形断面，每根钢绞线用热挤PE作为防护，每根索外包索箍。该桥自1997年12月建成运营至今，分别在2000年、2005年进行过两次换、调索。在2007年进行的#索力检测后恢复不锈钢护套时，不慎将西侧4索部分钢绞

5、线烧断，造成该索严重损伤，2008年12月至#2009年1月，对本桥西侧4索进行了更换。针对该斜拉桥的拉索火致损害进行了模拟计算分析。2拉索火致损害模拟该斜拉桥为钢绞线斜拉索，受火灾后拉索力学性能将发生变化。对拉索火灾施救方法不同，钢绞线［1］的冷却方式一般也不同，可以划分为空气冷却和喷水冷却。研究表明，不同的冷却方法对钢绞线火灾后的力学性能指标影响不大，总体而言，钢绞线的极限强度、名义屈服强度和弹性模量都随着温度的增高－93－62而降低。对空气冷却，火灾后钢绞线的弹性模量为:Et/E=－1．6331×10t+1．4998×10t－收稿日期:2011-03-29作者简介:张

6、志国男1971年出生教授基金项目:河北省科技支撑计划(09276914)第3期张志国等:斜拉索火致损害及换索模拟计算分析13－42．7021×10t+1．0239(20℃≤t≤900℃)，其中，E为室温下的弹性模量;Et为经历温度t后的弹性模量。钢绞线的弹性模量在700℃之前，变化不大，在800℃以后有所降低。钢绞线弹性模量在高温作用前后的比值变化为:200℃时为101．68%;400℃时为105．13%;700℃时为100．95%;900℃时为［2］80.50%。以上是斜拉索火致损害时，对于未融断部分受火影响后钢绞线弹性模量的变化规律，而对于因火灾导致部分钢绞线丝股断裂，

7、断裂的钢丝将完全退出工作，拉索承力仅与斜拉索的有效面积珘A有关，可以采［3-4］用统计学的方法进行拉索损伤的研究。把斜拉索整个横断面视为连续的介质，则断裂钢绞线丝股的横截面面积(A－珘A)与原钢绞线横截面面积A的比值定义为损伤率ψ，即ψ=(A－珘A)/A=1－珘A/A。将损伤后材料假设为空穴为第二组相的复合材料，可根据复合材料的弹性模量“混合定律”，得到受损材料的弹性模量:E(ψ)=E(1－ψ)+Evψ，其中，ψ为材料中空穴所占的比例;E为材料无损时的弹性模量;Ev为空穴的弹性模量。显然空穴的模量Ev=0，则可得ψ