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《武汉理工大学》 2011年
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斜拉桥钢绞线拉索的可靠性分析与寿命预测

陈齐风  
【摘要】:斜拉桥拉索的设计寿命一般在30年以上,多数斜拉桥处于城市中,其跨度大,拉索长,承受的风荷载大,交通荷载繁重,空气潮湿且污染严重,其抗力退化迅速,致使斜拉索寿命一般只有10~20年,桥梁寿命期内频繁的换索造成了巨大的经济与社会效率损失,斜拉索抗力的过早退化使得斜拉索可靠性成为了斜拉桥整体可靠性的制约性因素,造成桥梁可靠度不足与巨大的安全隐患。探究斜拉索抗力退化的主要影响因素与作用机理,对提高斜拉索使用寿命与可靠度具有重要的理论与实践意义。 斜拉索的结构抗力退化同时受到多种作用因素的耦合影响,当前对斜拉索的可靠性分析大多基于平行钢丝斜拉索,分析假定钢丝之间无相互作用,对于钢绞线斜拉索,斜拉索钢绞线钢丝之间存在夹角而使钢丝之间相互作用力大,须考虑钢丝之间的相互作用即微动损伤对可靠性评估的影响。另外的,钢绞线斜拉索抗力退化是一个兼具随机性、不确定性与时变性的过程,传统的极限抗力分析方法或经典可靠性方法已无力描述,故需运用时变可靠性分析方法对钢绞线斜拉索进行可靠性分析。 本文以某在建的长江大桥为工程背景,通过斜拉索自振频率分析,选取合理的斜拉索振动频率与振幅,利用大型有限元软件ANSYS建立了一个钢绞线钢丝力学接触模型,得到钢绞线斜拉索锚固端在振动过程中的钢丝之间的相互作用力,基于金属腐蚀-疲劳理论推导同时考虑微动损伤与腐蚀疲劳的钢绞线斜拉索可靠性分析模型,用该模型进行钢绞线斜拉索可靠性计算,得到了以下研究成果: (1)根据钢绞线钢丝接触有限元模型计算结果,钢绞线钢丝之间的接触应力点呈螺旋链状分布在钢丝表面,求解了钢绞线钢丝之间的相互作用力; (2)通过理论推导并结合有限元分析得到了钢绞线斜拉索钢丝的微动磨损深度随时间变化的计算拟合式; (3)利用时变可靠性方法计算了钢绞线斜拉索的时变可靠性,并根据结构可靠性规范指标得到大跨度斜拉桥钢绞线斜拉索寿命,由计算结果可知由于微动损伤,钢绞线斜拉索的可靠性下降速度增快,可靠度延性指标β=4.7判断钢绞线斜拉索使用寿命,与不考虑微动磨损钢绞线斜拉索寿命相比,其考虑微动磨损钢绞线斜拉索使用寿命下降,降幅约为6.3年。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U443.38

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