拉弯耦合作用下平行钢丝索断丝受力研究

为研究拉弯耦合作用下平行钢丝索断丝力学行为,依据文献试验数据建立平行钢丝索弯曲精细化有限元模型,并通过试验数据验证,进一步建立拉弯耦合作用下平行钢丝索断丝有限元模型,研究钢丝断裂后平行钢丝拉索跨中截面变形和应力不均匀分布规律。研究结果表明,拉弯耦合作用下平行钢丝索数值模拟结果与试验数据相一致;预拉力平行钢丝拉索断丝后,周围剩余完好钢丝出现应力重分布现象,越靠近断丝位置的钢丝应力越大,随着断丝数量的增加,剩余完好钢丝应力也增加;在断丝后,影响简支边界条件平行钢丝索断丝处变形大小的因素由大到小依次为拉弯耦合作用、预拉力作用、两端自由。

考虑断丝影响的平行钢丝索拉伸力学特性

为了分析断丝对平行钢丝索拉伸力学特性的影响,提出考虑钢丝间摩擦影响的纤维束计算模型.通过对3种不同高度索段试件顶推试验获得钢丝间的摩擦力特性,应用提出的纤维束计算模型分析钢索拉伸时断丝引起的内力重分布规律,讨论钢丝间的摩擦作用对断裂钢丝的张力恢复以及钢索承载能力等特性的影响.顶推试验结果表明,高度10cm的平行钢丝索段试件,钢丝间的单位长度摩擦刚度均值为0.192kN/mm2,单位长度滑动摩擦力均值为0.022kN/m;PE套管的握裹力不会沿索截面的径向传递;理论计算结果表明,考虑钢丝间摩擦影响时,断裂钢丝的张力离开断口约1.5~2.0m后线性恢复到断丝前的大小;考虑钢丝间摩擦影响的钢索承载能力略大于忽略摩擦影响的值;在断丝截面,未断裂的钢丝较均匀地分摊断裂钢丝释放的张力.

多层半平行钢丝索静力拉伸模型及参数分析

半平行钢丝索由于其钢丝的螺旋外形和本身构造的特殊性,难以直接应用基于平行钢丝假定的并联模型或钢绞线模型进行力学分析.文中基于Love曲杆理论,考虑钢丝弯矩、扭矩和泊松效应的影响,推导了静力拉伸荷载作用下的多层半平行钢丝索的非线性方程;重点讨论了螺旋角对半平行钢丝索轴力、轴向刚度和钢丝层间拉力分布等的影响.数值计算表明:随着螺旋角的增大,轴力、轴向刚度随之增大,而扭矩则先增大后减小,钢丝层间拉力分布逐渐趋于均匀.

张紧的平行钢丝索股在端部转动条件下的弯曲特性试验研究

桥梁缆索结构的弯曲应力对钢丝的疲劳寿命和应力腐蚀有明显影响,但传统的梁弯曲计算方法不能很好反应缆索结构的弯曲特性。通过模型试验对受张拉的平行钢丝索股在端部转动时的弯曲特性研究,试验结果表明:平行钢丝索股的初始张力、端部转角大小对弯曲应力影响明显,而索股有效长度影响不明显。索股钢丝之间在达到最大摩擦力前不发生滑移,抗弯刚度保持不变;随着弯曲曲率增加,沿索股径向和法向扩散出现分层滑移现象,索股截面的整体性降低,抗弯刚度逐渐减小;当索股钢丝全部产生滑移后,端部的抗弯刚度不再变化。

浅谈斜拉桥平行钢丝索挂索施工

本文简要总结了斜拉桥平行钢丝索的施工特点及常用方法．讨论了挂索设计的方法和内容，对主要施工设备及其发展方向作了介绍及预测。

斜拉桥平行钢丝索锈蚀断裂模拟

为模拟拉索各钢丝间的摩擦接触,放弃会带来极大计算量和高度非线性问题的常规接触单元而采用理想弹塑性弹簧单元,并推导了弹簧屈服力的计算公式。建立127丝平行钢丝束有限元模型,拉索钢丝间的摩擦接触采用理想弹塑性弹簧单元模拟,采用单元生死功能模拟钢丝断裂。计算分析结果表明:当拉索出现锈蚀断丝后,断裂钢丝并不会完全退出工作,经过一段发展长度后能恢复到正常应力水平。钢丝断裂后,各钢丝间会出现应力重分布,断裂截面断裂位置周围的钢丝应力增大,远离断丝侧钢丝应力减小,拉索合力作用点偏移拉索截面中心,故荷载恢复完成后拉索截面各钢丝平均应力并不均匀,恢复后拉索截面应力分布规律与断丝截面相反。随着断丝百分比的增加,断裂钢丝荷载恢复长度逐渐增大,相应的索力损失率增大。

平行钢丝吊索强度安全性分析与评估

评估不同断丝数目时吊索的安全性能。在对某大跨径钢管混凝土拱桥三维有限元实体模型仿真分析的基础上,以拉索在恒载及汽车活载作用下的拉力安全系数为拉索失效判据,建立拉索失效功能函数。确定拉索失效功能函数中各参数的概率分布,采用Matlab计算软件生成各参数的随机样本,进而通过编程实现功能函数的计算机求解。采用Monte-Carlo法(蒙特卡洛法)评估吊索在不同损伤程度时的强度安全概率,计算各工况下吊索强度可靠性指标值并推导出吊索失效的临界断丝数。结果表明,吊索失效概率随断丝数的增加而急剧增大,吊索强度安全可靠性指标值随断丝数的增加近似呈线性衰减趋势。确定吊索失效的临界断丝数对吊索宏观检查和评估具有较大的工程实用价值。

平行钢丝拉索Daniel效应分析

为了研究平行钢丝拉索丹尼尔效应随钢丝数的变化规律，以85φ5mm钢丝拉索索力仿真计算为例，采用蒙特卡罗法分析了不同钢丝数目平行钢丝索的丹尼尔效应。应用Matlab软件生成钢丝抗拉强度随机样本，引入矩阵计算简化分析过程。通过回归分析得出拉索丹尼尔效应计算的计算式。研究结果表明，拉索钢丝抗拉强度的平均值、标准差及衰减因子随钢丝数增加而减小，其衰减规律服从多项式分布；当钢丝数在10—50之间时，拉索丹尼尔效应十分显著；当钢丝数在50—100之间时，丹尼尔效应逐渐减弱；当钢丝数大于100以后，随着拉索钢丝数的增加，钢丝的平均抗拉强度衰减缓慢，拉索丹尼尔效应趋于稳定。

基于裂纹扩展的锈蚀拉索疲劳寿命评估

将平行钢丝索视为一个多裂纹竞争的串-并联模型,通过点蚀不均匀系数确定锈蚀钢丝的初始裂纹尺寸.基于疲劳裂纹扩展速率模型各参数的概率分布,采用疲劳失效全过程Monte-Carlo模拟法计算了不同断丝率下拉索的疲劳寿命,并通过试验数据对计算结果进行了验证.结果表明:拉索断丝率随疲劳次数增加符合幂级数的增长规律,当拉索的断丝率达到10%之后,拉索的断丝率迅速增长而失去抵抗疲劳荷载的能力.纤维束模型中串联钢丝单元划分越多,拉索的疲劳寿命越短,但这种趋势会随着钢丝单元数的增加而逐渐趋于稳定.锈蚀拉索的疲劳寿命服从Weibull分布,点蚀效应缩短了钢丝裂纹萌生寿命,随锈蚀程度的增加,拉索疲劳寿命均值大幅下降,变异性减小,其抗疲劳性能快速劣化.通过雨流计数法将随机荷载历程转化为疲劳荷载谱块的重复作用,基于钢丝的腐蚀发展规律计算了不同腐蚀程度拉索的疲劳寿命,建立了随机荷载作用下拉索腐蚀程度与疲劳寿命劣化之间的关系模型.根据P-dcN曲线可对锈蚀拉索服役期的疲劳可靠性进行评估,应用时需要准确掌握拉索钢丝的缺陷或腐蚀细节信息.

平行钢丝束斜拉索的微动磨损分析

为了准确评估桥梁平行钢丝束斜拉索的耐久性,针对其在服役期间的微动磨损问题开展了研究。首先,根据平行钢丝索的索体结构分别计算了由扭绞角和护套紧箍效应造成的不同位置钢丝间的挤压力。其次,建立了平行钢丝间的接触力学模型,根据微动振幅和振动频率,提出了平行钢丝微动磨损深度的计算方法。最后,计算了某斜拉桥服役20 a的平行钢丝索的磨损深度,并与实测结果进行了对比分析。结果表明:接触力学模型能够较为准确地计算平行钢丝索不同位置钢丝在服役期的磨损深度;在拉索的长度方向,靠近端部钢丝的磨损程度要大于中部钢丝,从拉索的截面分布来看,外层钢丝磨损程度较轻,靠近圆心位置的钢丝磨损较为严重,理论计算结果与实桥旧索的检测结果基本相符;钢丝磨损深度的发展随时间的增加呈先快后慢的幂函数规律,磨损速率随着钢丝间的接触力、拉索的振动频率、振幅的增大而加快;算例中的钢丝镀锌层将在4.5~9 a内磨耗殆尽,远低于由环境腐蚀造成的镀锌层失效时间;微动磨损将使镀锌层过早失效,缩短了疲劳裂纹的萌生时间,如果不考虑平行钢丝间的微动磨损将使拉索寿命评估偏于不安全。

松花江大桥斜拉索选型

本文介绍斜拉索的力学特征和形式 ,详细地分析了平行钢铰线拉索、半平行钢丝束拉索的特点 ,最后为松花江大桥斜拉索选择了半平行钢丝索。

江阴大桥吊索锈蚀分析

江阴长江公路大桥1999年9月28日建成通车,至今已运行10年。为了尽可能地对吊索的使用状态作出评判,为大桥的长期健康安全运行提供有效的依据,于2009年7月至9月对更换下来的44#S吊索（上游）吊杆进行分析。大桥概述江阴大桥首次在国内采用了保证主缆垂度（线形）不超过允许误差条件下,事先确定吊索长度的设计、施工方法,选择了竖向销接的吊索结构形式,分别选用了钢丝绳和半平行钢丝索（Φ5mm×109）的两种规格,

图解桥梁施工技术(八) 悬索桥施工(下)

（接上期） 主缆及索夹安装 主缆是悬索桥的主要承重构件，其防腐及抗疲劳等性能直接决定桥梁的使用寿命。现代悬索桥主缆一般采用强度高、弹性模量高、空隙率低、防锈蚀能力强的镀锌高强度平行钢丝索。

锈蚀断丝对拉索力学性能影响的数值研究

钢丝锈蚀、断裂损伤是影响拉索力学性能的主要因素.首先,建立了钢丝径向、索长方向锈蚀损伤分布模型;然后,基于锈蚀钢丝断口形态,分析锈蚀及荷载联合作用下钢丝断裂规律,建立了基于应力强度因子的锈蚀钢丝断裂准则;最后,考虑钢丝间摩擦作用,采用有限元法对拉索钢丝锈蚀、断裂过程进行模拟,研究了拉索中钢丝逐层锈蚀断裂对拉索力学性能的影响.结果表明:拉索钢丝锈蚀断裂后,钢丝应力重分布,断丝对拉索钢丝应力的影响沿截面径向逐渐减小,紧邻断丝层的锈蚀钢丝应力增幅最大,最内层钢丝应力增幅最小;由于钢丝间摩擦作用,断丝应力在恢复长度内呈对数形式恢复且基本同步;恢复长度随断丝百分比增大而增大,与断丝百分比呈二次抛物线关系,并将收敛于3. 3m;拉索索力损失率随断丝百分比增大而增大,拉索少量钢丝的锈蚀断裂对索力影响较小,当拉索锈蚀断丝百分比小于10%时,引起的索力损失率小于4%.

现代斜拉索

分析了我国斜拉桥工程中，目前广泛采用的工厂化生产平行钢丝索的不足之处，介绍了新一代斜拉索——ＯＶＭ２００型拉索（平行钢绞线拉索）体系的优越性，及其技术性能、结构组成、防护、拉索外表色彩、施工设备、施工工艺等。

闵浦大桥超长超重斜拉索安装技术

以闵浦大桥主桥斜拉索施工为工程背景,对大跨度双层钢桁组合梁结构公路斜拉桥超长、超重斜拉索的安装技术作了深入的研究。根据不同索长、索重以及锚固形式,介绍了采用软牵引、硬牵引等的牵引方法、桥面展索方法、调索方法等关键工艺,对于同类型特大工程的建设具有重要指导意义。

斜拉索的换索施工技术

斜拉桥在国内建设越来越多,随着斜拉索使用年限到来,为了延长桥梁的使用寿命,需要对斜拉索进行更换。本文着重介绍柳州壶西大桥的斜拉索更换施工技术。该桥为预应力混凝土独塔双索面斜拉桥,跨径2×120米。斜拉桥上部结构为板梁式结构,两边对称布置26对扇形拉索,共104根。换索施工过程包括:旧索放张,拆除;新索安装、张拉;新索锚固区域防腐;施工测量(索力、标高、位移)。

葡萄牙埃德加卡多佐大桥更换斜拉索

葡萄牙埃德加卡多佐大桥(Edgar Cardoso Bridge,见图1)跨越海滨小镇菲盖拉达福什境内的蒙德古河,1982年建成通车,以其设计师的名字命名。大桥全长1421 m,主桥为钢-混组合梁斜拉桥,跨径布置为(90+225+90)m,桥面宽20.6 m,承载双向2车道和2条2 m宽的人行道,桥下通航净高40 m。钢梁高2 m,混凝土桥面板厚0.13 m,支点处增厚至0.2 m。桥塔为钢筋混凝土门形塔,高85 m,塔顶设鞍座式斜拉索锚固体系,每座桥塔上锚固6对斜拉索,斜拉索为高强平行钢丝索,梁上索距30 m。两侧引桥为预应力混凝土连续梁桥。2003~2006年对该桥进行了维修加固,但近年来检测发现斜拉索的松弛和断丝不断加剧,决定更换全部斜拉索。

澳大利亚澳纽联军纪念桥斜拉索的维护

澳大利亚澳纽联军纪念桥（AnzacBridge）建于20世纪90年代初，是一座全长805m的斜拉桥（见图1）。该桥跨径组成为（140＋345＋140）m，桥塔高120m，桥面宽32．2m。主梁采用双边主梁结构，边主梁高1．8m，宽1．35～1．5m。主梁横梁间距为5．1m，用于支承钢筋混凝土桥面板。斜拉索采用平行钢丝索，索股数为25～74根，最长斜拉索长195m。全桥共有128根斜拉索，采用双索面布置。

我国自行编制斜拉桥缆索成功

在建中的上海市南浦大桥是我国第一座一跨(423米)过江的大桥,举世瞩目。该桥使用了国产缆索。这种缆索是采用聚乙烯护套大节距扭绞型平行钢丝索,国外八十年代中期开始广泛用于斜拉桥,它具有弹性模量高、防护性能好、护层重量轻、适于工厂化生产、可以成盘运输、施工方便、费用低等优点,目前仅日本、西德、英国等少数国家能够生产,国内尚属空白。