系杆拱桥吊杆的受力分析及寿命预测

论文摘要

系杆拱桥是一种无推力的梁拱组合体系桥,拱所产生的水平推力由系杆承担。因此系杆拱外部是静定结构,但内部是高次超静定结构,任何构件内力的改变都影响到全桥的受力状态。近年来,不断有系杆拱桥吊杆破损及更换的工程案例出现。因此,很有必要对系杆拱桥吊杆进行深入的研究。本文以位于镇江的横塘大桥为工程背景,运用有限元方法,建立了该桥上部结构的计算模型。分析了该桥在恒载、汽车荷载、混凝土徐变和温度等作用下,吊杆应力的变化情况。结果表明,恒载、汽车及徐变荷载作用下,短吊杆的应力变化幅值较大,为最不利受力吊杆。温度荷载作用下,各吊杆应力分布比较均匀,应力的变幅度不大。锈蚀和疲劳是系杆拱桥吊杆破损的主要原因。文中推导和建立了吊杆锈蚀速率的预测模型,得出横塘大桥吊杆在锈蚀作用下的寿命约为18年。针对吊杆的疲劳问题,利用线性累计损伤原理,采用相关荷载谱及S-N曲线,推算出短吊杆在疲劳作用下的寿命约为29年。另外,考虑锈蚀对疲劳的耦合影响,而得到的横塘大桥短吊杆的疲劳寿命约为21年。系杆拱桥中,与疲劳作用相比锈蚀对吊杆的寿命更起控制作用。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 系杆拱桥的特征
• 1.3 系杆拱桥的吊杆
• 1.4 系杆拱桥吊杆破损的研究现状
• 1.5 本文的主要工作内容
• 2 系杆拱桥吊杆的静力分析
• 2.1 横塘大桥简介
• 2.1.1 利用有限元软件ANSYS建立上部结构模型
• 2.2 横塘大桥在恒载作用下吊杆的受力分析
• 2.3 横塘大桥在恒载及活载共同作用下吊杆的受力分析
• 2.3.1 汽车及人群荷载
• 2.3.2 吊杆车道及人群荷载作用下的受力分析
• 2.3.3 吊杆车辆荷载作用下的受力分析
• 2.3.4 系杆拱桥吊杆的设计
• 2.4 混凝土徐变对吊杆应力的影响
• 2.4.1 按龄期调整的有效模量法计算混凝土的徐变效应
• 2.4.2 钢管混凝土的组合弹性模型与容重
• 2.4.3 横塘大桥混凝土按龄期加载的有效弹性模量
• 2.4.4 横塘大桥系杆的有效模量
• 2.4.5 横塘大桥拱肋及风撑的有效模量
• 2.4.6 徐变对横塘大桥吊杆应力的影响
• 2.5 考虑温度荷载的吊杆应力分析
• 2.5.1 桥梁结构的温度荷载
• 2.5.2 温度荷载对横塘大桥吊杆应力的影响
• 2.6 本章小结
• 3 系杆拱桥吊杆破损的分析及其寿命预测
• 3.1 系杆拱桥吊杆的破损的原因
• 3.1.1 钢绞线（钢丝）的破损
• 3.1.2 防护的失效
• 3.1.3 锚具的破损
• 3.1.4 短吊杆的破损
• 3.2 吊杆钢绞线的锈蚀分析
• 3.2.1 钢绞线的锈蚀的条件及特征
• 3.2.2 钢绞线锈蚀的机理
• 3.2.3 钢筋的锈蚀模型
• 3.3 横塘大桥吊杆的锈蚀
• 3.4 钢绞线的疲劳及其预测寿命的分析
• 3.4.1 疲劳损伤的基本概念
• 3.4.2 损伤累计理论的运用
• 3.4.3 荷载谱的选用
• 3.4.4 钢绞线的S-N曲线
• 3.5 横塘大桥吊杆的疲劳预测寿命
• 3.6 考虑锈蚀因素影响下疲劳的寿命预测
• 3.7 本章小结
• 4 结论及展望
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集