基于静力的大跨斜拉桥拉索损伤识别研究

论文摘要

近年来,随着科学技术的发展和社会经济的进步,斜拉桥结构以其优美的结构造型和强大的跨越能力,越来越受到世人的青睐。山于斜拉桥跨度不断增大,处于高应力的斜拉索在外界不利因素的影响下将不可避免地产生腐蚀而损坏。然而,斜拉索是斜拉桥结构中的重要组成部分,拉索的损伤对整个桥梁会造成安全隐患。因此,如何准确及时地对拉索的损伤进行有效地识别,对大跨斜拉桥的健康运营起着极为关键的作用。本文以鄂东长江公路大桥为工程背景,以拉索损伤为切入点,研究拉索损伤对斜拉桥结构主梁线形和拉索索力变化的影响,以反演拉索的损伤。主要研究工作包括以下几个方面：（1）在查阅大量国内外文献的基础上,简要的介绍了斜拉桥结构的优点、国内外发展现状和部分斜拉索更换桥例；（2）鉴于斜拉桥易于发生拉索损坏,本文阐述了拉索损坏的主要原因和防护措施、拉索的检测与评定方法、拉索更换的目的和任务；（3）在空间杆系有限元模型计算理论基础上,建立鄂东长江公路大桥的三维有限元模型。考虑斜拉索垂度效应的影响,对拉索的弹性模量进行修正,使模型能较好地反映实桥的真实状况；（4）根据设计资料,进行了鄂东长江公路大桥在恒载（结构自重+二期恒载）作用下的静力分析,确定结构“零状态”下的受力特点,给出了全桥受力状态下的结构响应；（5）分析了拉索断裂及拉索损伤情况下主梁线形的变化规律,找出了对主梁挠度敏感性较大的拉索位置；分析了拉索断裂及拉索损伤下索力的变化情况,得出索力变化时最易发生损坏的拉索位置；（6）综合考虑主梁线形和拉索索力的变化规律,确定拉索损伤的分布位置及损伤程度,为斜拉索的防护、维修及更换提供切实可行的依据；（7）分析了整体温差和索梁（塔）温差对斜拉桥主梁线形和拉索索力变化的影响,为主梁挠度和拉索索力的测量提供参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 斜拉桥概述
• 1.1.1 斜拉桥及其优点
• 1.1.2 斜拉桥在国内外的发展概况
• 1.1.3 斜拉桥的未来
• 1.2 斜拉桥结构使用现状及换索桥例
• 1.2.1 斜拉桥结构使用现状
• 1.2.2 斜拉桥换索桥例
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 斜拉桥更换拉索
• 2.1 斜拉索特点
• 2.2 斜拉索损坏原因及防护措施
• 2.2.1 斜拉索的损坏
• 2.2.1.1 斜拉索索体的损坏
• 2.2.1.2 斜拉索锚固区的损坏
• 2.2.2 斜拉索的防护措施
• 2.3 斜拉索检测与评定
• 2.3.1 斜拉索腐蚀程度评定等级
• 2.3.2 斜拉索防护层、钢丝拉索及拉索锚头锈蚀情况检测
• 2.3.3 斜拉索索力检测
• 2.4 斜拉索更换的目的和任务
• 2.4.1 斜拉索更换的目的
• 2.4.2 斜拉索更换的任务
• 第三章 鄂东长江公路大桥有限元模型建模分析
• 3.1 鄂东长江公路大桥概况
• 3.2 全桥结构有限元模型的建立
• 3.2.1 斜拉桥主塔的模拟
• 3.2.2 斜拉桥主梁的模拟
• 3.2.3 斜拉桥拉索的模拟
• 3.2.4 斜拉桥的其它模拟
• 3.2.4.1 主塔墩梁模拟
• 3.2.4.2 过渡墩、辅助墩墩梁模拟
• 3.2.4.3 主塔、过渡墩、辅助墩端部约束情况的模拟
• 3.2.4.4 斜拉索锚固模拟
• 3.3 斜拉桥合理成桥状态的确定
• 3.3.1 斜拉桥合理成桥状态确定方法
• 3.3.2 斜拉桥合理成桥状态
• 3.3.2.1 斜拉索
• 3.3.2.2 主梁
• 3.3.2.3 主塔
• 3.3.2.4 辅助墩
• 3.4 本章小结
• 第四章 斜拉索损伤识别分析
• 4.1 斜拉索损伤变量的选取
• 4.2 拉索损伤对主梁挠度的敏感性分析
• 4.2.1 拉索断裂对主梁线形的分析
• 4.2.1.1 全桥对称拉索断裂对主梁线形的分析
• 4.2.1.2 左塔对称拉索断裂对主梁线形的分析
• 4.2.2 拉索损伤对主梁线形的分析
• 4.2.2.1 J30拉索损伤对主梁线形的分析
• 4.2.2.2 不同拉索损伤10%对主梁线形的分析
• 4.3 拉索损伤对索力变化的敏感性分析
• 4.3.1 全桥对称拉索断裂对索力变化的分析
• 4.3.2 左塔对称拉索断裂对索力变化的分析
• 4.3.3 拉索损伤对索力变化的分析
• 4.4 基于主梁挠度和索力变化的拉索损伤识别
• 4.5 本章小结
• 第五章 温度荷载对主梁线形和索力的影响
• 5.1 温度荷载的分析方法
• 5.2 温度荷载对主梁线形的影响
• 5.2.1 整体温差对主梁线形的影响
• 5.2.2 索梁（塔）温差对主梁线形的影响
• 5.3 温度荷载对斜拉索索力的影响
• 5.3.1 整体温差对拉索索力的影响
• 5.3.2 索梁（塔）温差对拉索索力的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文主要工作及结论
• 6.2 不足和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢