斜拉索系统的耐久性探索研究

论文摘要

近几十年来,斜拉桥因其在经济、结构及建筑造型等诸多方面的独特优点成为大跨度桥梁中的主流桥型。但是,许多的斜拉桥在竣工后几年或十几年就要换索,这不仅直接耗用大量的换索费用,而且必须要实行交通管制,减少交通量甚至封闭交通,这对运营中的大型桥梁来说,严重影响其服务水平,会造成很大的经济损失,严重的会对社会产生恶劣影响。所以,斜拉索耐久性不足问题必须引起足够的重视。以某斜拉桥为例,对桥梁斜拉索结构及其耐久性进行了全面的探索研究。主要内容有：调研了近几十年来国内外斜拉桥运营中拉索的病害情况,针对斜拉索的失效问题,结合斜拉索的生产制作,提出开展斜拉桥耐久性分析是非常重要的。分析了斜拉索防护系统的防护水平和斜拉索损伤的主要原因,探讨了斜拉索腐蚀机理,结合我国大气腐蚀区域的划分,研究了斜拉索的防护方法及措施。从引起斜拉索疲劳的非线性振动形式入手,提出了斜拉索疲劳损伤的机理与特性。针对斜拉索的振动和疲劳,研究了斜拉索的减振措施,选择了合适的减振装置。依托沿海某斜拉桥利用桥梁通用软件建立了计算模型,进行静动力分析,重点研究了该桥斜拉索的抗疲劳性能和参数振动,找到耐久性不良的斜拉索。对斜拉索选取合适的损伤变量,研究不同位置、不同程度拉索损伤下的主梁线形和索力变化。了解不同斜拉索破坏对全桥结构的不同影响,利于对关键斜拉索进行防护和监控。对于斜拉索换索频繁的问题,研究了FRP、CFRP等复合材料的特性和优点,提出新型材料用以替换目前的钢筋材料,更是可能从根本上解决斜拉索系统耐久性的问题,延长桥梁寿命。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 斜拉桥简介
• 1.1.1 斜拉桥的发展
• 1.1.2 斜拉桥特点
• 1.1.3 斜拉桥分类
• 1.2 斜拉索的的生产、失效和防护
• 1.2.1 斜拉索的技术特点
• 1.2.2 国内外斜拉索失效状况
• 1.2.3 斜拉索防护系统的发展
• 1.2.4 现阶段斜拉索的生产研究水平
• 1.3 研究背景及内容
• 1.3.1 课题背景及意义
• 1.3.2 主要研究内容
• 2 引起斜拉索耐久性不足的主要因素分析
• 2.1 拉索本身的电化学腐蚀
• 2.1.1 腐蚀介质进入拉索后对全裸钢绞线的腐蚀
• 2.1.2 腐蚀介质进入拉索后对镀锌钢绞线的腐蚀
• 2.1.3 腐蚀介质进入拉索后对环氧钢绞线的腐蚀
• 2.2 目前防护结构体系的缺陷
• 2.3 制造运输、施工安装的质量问题
• 2.4 斜拉索疲劳、振动影响
• 2.5 不重视对斜拉桥的维护养护
• 2.6 本章小结
• 3 斜拉索系统的腐蚀与防护
• 3.1 桥梁缆索系统的腐蚀失效
• 3.1.1 应力腐蚀及预防措施
• 3.1.2 腐蚀疲劳及预防措施
• 3.1.3 我国大气腐蚀性区域划分
• 3.2 斜拉索的腐蚀防护
• 3.2.1 斜拉索临时防护
• 3.2.2 斜拉索永久防护
• 3.2.3 斜拉索配套系统防护
• 3.3 本章小结
• 4 疲劳和振动对斜拉索的耐久性影响分析
• 4.1 斜拉索的疲劳损伤
• 4.1.1 斜拉索疲劳损伤的特性
• 4.1.2 疲劳寿命计算方法—Miner理论
• 4.1.3 拉索结构对抗疲劳性能的影响
• 4.2 某斜拉桥斜拉索抗疲劳性能分析
• 4.2.1 工程概况及桥梁结构
• 4.2.2 全桥有限元模拟分析
• 4.2.3 斜拉索的应力及安全性
• 4.2.4 斜拉索的应力幅
• 4.3 斜拉索非线性振动概述
• 4.3.1 涡激共振
• 4.3.2 尾流驰振
• 4.3.3 风雨激振
• 4.3.4 抖振
• 4.3.5 参数振动
• 4.4 某斜拉桥斜拉索的参数振动分析
• 4.4.1 全桥动力特性分析
• 4.4.2 斜拉索动力特性分析
• 4.4.3 容易发生参数振动的斜拉索
• 4.5 斜拉索减振措施研究
• 4.5.1 改变拉索的气动外形
• 4.5.2 改变拉索的结构特性
• 4.5.3 增加拉索的模态阻尼
• 4.6 斜拉索减振装置的选择
• 4.6.1 减振装置选择原则
• 4.6.2 减振装置类型及使用
• 4.7 本章小结
• 5 拉索损伤的斜拉桥结构性能分析
• 5.1 斜拉桥结构静力分析
• 5.1.1 挠度变形
• 5.1.2 主梁内力
• 5.1.3 主梁应力
• 5.1.4 索塔内力
• 5.1.5 拉索内力
• 5.2 斜拉索损伤变量的选取
• 5.3 拉索损伤下斜拉桥的结构性能分析
• 5.3.1 不同拉索损伤下主梁线形的变化
• 5.3.2 不同拉索损伤下索力的变化
• 5.3.3 拉索不同损伤程度下全桥结构静力分析
• 5.4 本章小结
• 6 新型材料在斜拉索系统上的应用与展望
• 6.1 复合材料简介
• 6.1.1 复合材料的结构
• 6.1.2 复合材料结构特点
• 6.1.3 复合材料在桥梁工程上的应用
• 6.2 纤维增强复合材料（FRP）应用于斜拉索的探索
• 6.2.1 FRP材料的特点
• 6.2.2 FRP材料在大跨斜拉桥桥索中的运用
• 6.3 碳纤维复合材料（CFRP）斜拉索的应用与展望
• 6.3.1 CFRP拉索的基本性能
• 6.3.2 CFRP拉索在斜拉桥中的应用现状
• 6.3.3 CFRP拉索的优点
• 6.3.4 CFRP拉索的锚固
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集