悬索桥中央扣效应以及吊杆二次弯曲应力研究

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引言悬索桥具有跨越能力大、结构轻巧、造型美观等优点,是大跨桥梁的首选桥型。吊杆作为传递主梁与主缆之间作用力的主要构件,其构件的安全性、耐久性对结构的影响非常重要。然而通过对不同类型的悬索桥现场检测,发现不少桥梁跨中短吊杆在循环交通荷载作用下存在一定的损伤、开裂,且这种损伤经常出现在短吊杆的下端。为探究短吊杆损伤的原因,本文以江阴长江大桥为背景工程,开展短吊杆损伤的原因分析和采用中央扣对结构性能的影响研究。主要内容如下:(1)基于对国内外悬索桥主缆和吊杆的损伤的破坏调研研究,得到影响短吊杆损伤的破坏的原因可能为跨中较大的重复纵向位移下导致吊杆产生较大的二次弯曲应力。(2)采用有限元软件Midas对江阴长江大桥实桥的内力计算分析,得到吊杆在不同车辆荷载下的内力和应力。通过对大桥有无中央扣的比较分析,得到中央扣对吊杆应力有显著的降低作用。(3)采用有限元软件Abaqus对江阴长江大桥实桥的位移计算分析,得到不同车辆荷载下,吊杆的内力和位移。通过对车辆不同位置下短吊杆的内力分析,得到影响短吊杆应力的车辆最不利位置。将所得结果与桥梁实际监测数据对比,得到理论模拟与实际吻合较好。通过对大桥有无中央扣的比较分析,得到中央扣对吊杆位移和整桥性能的影响。(4)最后,通过对单根短吊杆的二次弯曲应力的精细化分析,对比分析了短吊杆在5种不同杆端位移下,短吊杆二次弯曲应力的变化范围。研究表明,短吊杆二次弯曲应力最大值可能超过吊杆的疲劳荷载,导致开裂。然而,若桥梁使用中央扣,则会使吊杆的二次弯曲应力显著下降。基于应力分析结果,提出了在桥梁有无中央扣两种工况下,考虑活载引起的短吊杆二次弯曲的应力放大系数,用于短吊杆的实际计算分析。
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