桥梁吊索的结构行为分析

论文摘要

桥梁吊索又称吊杆主要运用于中、下承式拱桥和悬索桥。近20年来,带吊杆的中、下承式拱桥发展迅速。吊杆是重要的传力构件,尺寸小、构件组成部分多、对疲劳、腐蚀等因素比较敏感,吊杆及其组件的运营状态相当复杂。它的正常与否,关系着整个桥梁的运营安全和寿命。但是目前的桥梁设计理论却没有跟上桥型的发展,拱桥吊杆的设计准则、服役损伤、安全判据等都没有统一而科学的规范,以往的大多工程实践均是凭设计者的主观判断,在设计中通常只是采用一个安全系数来控制其最大应力,忽视对疲劳和腐蚀问题的控制,对影响吊杆疲劳的因素及其变化规律,几乎没有进行过系统全面的研究,因此吊杆破损屡屡发生。为此,本文在参考和总结已有成果和现状的基础上,以某中承式拱桥为背景,对吊杆的结构行为作了计算分析。本文的主要内容和结论如下:①吊杆静力动力分析。根据对简支和连续两种桥道系分析,发现简支桥道系的对于吊杆是极其不利的。讨论了温度变化及混凝土收缩、徐变对吊杆受力的影响;论述了吊杆自振频率的计算方法,在此基础上研究了桥梁振动和吊杆与拱肋和横梁的连接方式对其动力行为的影响。运用有限元法建立了桥梁模型,并验证了前述相关理论。②吊杆的损伤分析。通过对吊杆普遍存在的破损现状的分析,总结出吊杆防护不当可能导致吊杆受到腐蚀产生破损,而疲劳是破损发生的主要原因,腐蚀和疲劳是导致吊杆损坏的重要原因,并介绍相关防腐蚀的方法。③吊杆的疲劳分析。疲劳是吊杆破坏的另一大原因,因此,从抗疲劳设计理论、抗疲劳设计方法等几个方面介绍了吊杆疲劳破坏的机理,参考其它有关索(杆)的抗疲劳设计规范,说明应力幅是控制吊杆疲劳的关键因素。通过对安全系数取值范围的讨论,认为目前的吊杆设计不能保证吊杆使用过程中的安全性,应尽快建立适合吊杆设计的理论和方法。④吊杆疲劳影响因素的分析。从结构设计的角度,通过对影响吊杆疲劳的因素进行对比计算分析,包括吊杆的位置、吊杆的间距、边吊杆至拱脚的距离、吊杆截面积,得到有利于改善吊杆疲劳的结构设计方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 拱桥的发展概述
• 1.2 中承式拱桥构造特点
• 1.2.1 钢管混凝土拱肋
• 1.2.2 横向联结系
• 1.2.3 桥面及其支承结构
• 1.2.4 下部结构
• 1.3 拱桥吊杆的功能与分类
• 1.3.1 按吊杆布置形式分类
• 1.3.2 按吊杆刚度分类
• 1.3.3 按吊杆构造分类
• 1.3.4 按桥面系纵向约束情况分类
• 1.4 本文研究的目的、意义和主要工作
• 第二章 吊杆的受力行为分析
• 2.1 吊杆的静力行为
• 2.1.1 静载作用下吊杆的受力行为
• 2.1.2 温度变化及混凝土收缩、徐变下的吊杆受力行为
• 2.2 吊杆的动力行为
• 2.2.1 吊杆的自振频率
• 2.2.2 吊杆的涡激共振
• 2.2.3 桥梁振动对吊杆动力行为的影响
• 2.2.4 吊杆连接形式对其动力行为的影响
• 2.3 有限元模型计算
• 2.3.1 模型简介
• 2.3.2 有限元模型计算结果及分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 吊杆损伤分析
• 3.1 吊杆破损的现状
• 3.2 吊杆的构造
• 3.2.1 钢索
• 3.2.2 锚具
• 3.2.3 防护
• 3.3 吊杆破损的原因分析
• 3.3.1 钢索破损的原因
• 3.3.2 锚具破损的原因
• 3.3.3 防护破损的原因
• 3.4 吊杆的腐蚀疲劳
• 3.4.1 金属腐蚀断裂的机理
• 3.4.2 金属腐蚀的影响因素
• 3.4.3 吊杆的防腐蚀保护
• 3.5 本章小结
• 第四章 吊杆的疲劳分析
• 4.1 吊杆疲劳的基本理论
• 4.1.1 疲劳的定义
• 4.1.2 疲劳的分类
• 4.1.3 疲劳破坏与静力破坏的区别
• 4.1.4 吊杆疲劳裂纹的形成与扩展
• 4.2 抗疲劳设计原理及方法
• 4.2.1 抗疲劳设计原理
• 4.2.2 抗疲劳设计方法
• 4.3 吊杆疲劳设计的准则与方法
• 4.3.1 公路桥涵钢结构及木结构设计规范
• 4.3.2 钢结构设计规范
• 4.3.3 公路斜拉桥设计规范
• 4.3.4 公路悬索桥吊索规范
• 4.3.5 吊杆的疲劳设计方法
• 4.4 吊杆的安全系数
• 4.5 吊杆疲劳设计实际应用中的问题
• 4.6 本章小结
• 第五章 吊杆疲劳的影响因素分析
• 5.1 引言
• 5.2 吊杆截面积的影响
• 5.3 吊杆间距的影响
• 5.4 吊杆位置的影响
• 5.5 边吊杆至拱脚距离的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 结语
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果