拉索损伤对斜拉桥静力性能影响分析.pdf

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1、第４１卷，第３期公路工程Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．３２０１６年６月ＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｕｎ．，２０１６拉索损伤对斜拉桥静力性能影响分析张可心，孙全胜（东北林业大学，黑龙江哈尔滨１５００４０）［摘要］为研究拉索损伤对斜拉桥的影响，建立拉索损伤模型。以某双塔双索面斜拉桥为背景，采用空间有限元模型对拉索损伤进行力学分析，探讨其拉索损伤对斜拉桥挠度和索力的影响”，计算结果可为同类斜拉桥监测和维护提供参考。［关键词］斜拉桥；拉索损伤；静力性能；挠度；索力［中图分类号］Ｕ４４８.２７［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７４—０６１０（２０１６

2、）０３—００３５—０５ＴｈｅＩｍｐａｃｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣａｂｌｅＤａｍａｇｅｏｎｔｈｅＳｔａｔｉｃＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣａｂｌｅ﹣ＳｔａｙｅｄＢｒｉｄｇｅＳＵＮＱｕａｎｓｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＫｅｘｉｎ（ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５００４０，Ｃｈｉｎａ）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｆｏｒｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｃａｂｌｅｄａｍａｇｅｏｎｔｈｅｃａｂｌｅ﹣ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ.，ｃａｂｌｅｄａｍ﹣ａｇｅｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄＴ.

3、ｈｅｐａｐｅｒｔａｋｅｓｔｈｅｓｐａｃｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒｃａｂｌｅｄａｍａｇｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌａ﹣ｎａｌｙｓｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｔｈｅｃａｂｌｅ﹣ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｗｉｔｈｄｏｕｂｌｅｐｙｌｏｎｓａｎｄｄｏｕｂｌｅｃａｂｌｅｐｌａｎｅｓ，ａｎｄｉｔｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｍａｉｎｇｉｒｄｅｒｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｃａｂｌｅｆｏｒｃｅｂａｓｅｄｏｎｃａｂｌｅｄａｍａｇｅ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｃ

4、ａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｈｅａｌｔｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓａｍｅｔｙｐｅｏｆｂｒｉｄｇｅ.［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｃａｂｌｅ﹣ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ；ｃａｂｌｅｄａｍａｇｅ；ｓｔａｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；ｃａｂｌｅｆｏｒｃｅ混凝土桥面板结合形成组合截面。两工字钢边梁肋０前言间距２９.２ｍ。主梁在布索道处梁高为２.２ｍ。拉索如今，桥梁监测深受人们的重视。由于斜拉索采用φ７低松弛预应力镀锌高强钢丝。同心同向扭自身特点和外界环境因素的影响，很容易发生损坏，绞２°～４

5、°，外包ＰＥ防护材料。全桥共计５２对拉研究拉索损伤对斜拉桥结构性能的影响显得尤为重索，其丝数为１６３～３６７丝。桥型布置如图１所示。［１］要。考虑到斜拉索的损伤必然导致其索力的变化及重分布，且斜拉索索力的变化也必然反映到桥［２］面的挠度变化上。本文以四方台大桥为例，探讨其拉索损伤对斜拉桥挠度和索力两个方面的影响。１工程概况图１四方台大桥总体布置（单位：ｍ）Ｆｉｇｕｅ１Ｏｖｅｒａｌｌａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｓｉｆａｎｇｔａｉｂｒｉｄｇｅ（ｕｎｉｔ：ｍ）四方台大桥采用双塔双索面半漂浮体系结合梁斜拉桥。主桥采用４４ｍ（过渡跨）＋１３６ｍ（边跨

6、）２拉索损伤分析＋３３６ｍ（主跨）＋１３６ｍ（边跨）＋４４ｍ（过渡跨）桥跨布置形式，设计荷载：汽车—超２０级，挂车—１２０。斜拉索在服役过程中承受车辆、风、地震等自然双向共四车道。索塔为门式塔，设置上下两道横梁。因素和人为因素的作用，还要承受自然环境中化学［３，４］主梁截面以两工字钢边梁肋、横梁及中间小纵梁，与腐蚀介质的侵蚀。根据斜拉索使用状况的调［收稿日期］２０１４—１１—２１［作者简介］张可心（１９８９—），男，辽宁新民人，博士，主要从事桥梁加固研究工作。３６公路工程４１卷查，斜拉索出现损伤主要原因有４种。①拉索局部钢主梁梁肋、小纵梁

7、及横梁均采用梁单元模拟，钢主疵点，如钢丝缺陷、锈斑、缺陷等；②拉索截面面积梁梁肋为主要承重构件，其与中间小纵梁通过钢横减少，如索股磨损、外界腐蚀导致拉索截面面积减梁进行连接，形成空间梁格结构，钢横梁与主梁及小少；③斜拉索柔性特征和对环境的响应，导致疲劳纵梁通过共用节点连接在一起。混凝土桥面板通过或者剧烈振动。④偶然事故，如斜拉桥发生火灾，高均布力形式进行模拟。有限元模型如图３所示。温下拉索极限强度急剧下降致使发生断丝。无论何种原因导致拉索损伤，当损伤发生时，在一定程度上导致桥梁力学性能的改变。２.１拉索损伤模型斜拉索是由若干根平行钢丝束组

8、成，并且认为［５］承受单独轴向力作用。用统计学方法来研究材料和结构中的损伤，引入一维钢丝束模型来进一步图３桥梁有限元模型图表征其损伤特征，如图２所示，假设平行丝束是由大Ｆｉｇｕｅ３Ｆｉｎｉｔｅ