基于ANSYS的2根拉索平行钢丝接触问题有限元分析

由于2根钢丝接触问题可以作为整个拉索断面平行钢丝间接触问题的简化,故在用ANSYS有限元方法分析整个拉索断面平行钢丝排列模型的接触问题之前,运用经典理论解和ANSYS有限元方法对2根拉索平行钢丝间接触问题进行了较为详尽的分析,确定出了两根钢丝间的接触宽度、在接触面上产生的最大接触应力及分布等主要参数.同时,将2种分析方法得出的结果进行了对比,表明用ANSYS有限元方法求解接触问题是可行的,其求解的准确性和精度能够满足要求.

钢绞线斜拉索与平行钢丝斜拉索阻尼减振研究

钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索构造不同,引起风致振动特性和减振需求也不同。为给斜拉索振动控制设计提供依据,对比国内外规范中关于斜拉索阻尼减振指标的规定,分析不同参数对钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索减振指标的影响,以2座典型桥梁为背景,对比分析钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索的阻尼减振措施。结果表明:《斜拉索外置式黏滞阻尼器》(JT/T 1038—2016)和欧洲规范CIP-2002、FIB-2005采用特定阻尼对数衰减率δ控制斜拉索风雨振,而美国规范PTI-2018采用质量阻尼参数S_(c)≥10控制斜拉索风雨振,质量阻尼参数考虑因素全面、科学,推荐使用;为了保证斜拉索的减振安全,建议阻尼减振同时满足国内外多个现行规范,平行钢丝斜拉索采用δ≥3%作为阻尼减振指标,钢绞线斜拉索的阻尼减振指标建议按照PTI-2018根据索的参数和气动措施情况进行选择;博斯普鲁斯海峡三桥钢绞线斜拉索阻尼器尺寸偏大,安装阻尼器后斜拉索的面内阻尼对数衰减率为4%和6%,可满足低阶大幅振动控制要求;沪苏通长江公铁大桥平行钢丝斜拉索振动模态丰富,采用2种阻尼器协同减振,实现多模态振动控制,控制中、低阶大幅振动的外置式阻尼器尺寸设计巧妙,体量较小。

平行钢丝拉索承载力评定

依托国内某大跨径斜拉桥换索工程,对服役18年的拉索内钢丝锈蚀程度和力学性能进行测试,探讨腐蚀对钢丝强度及延性的影响。根据单根钢丝强度的概率分布采用统计强度理论建立平行钢丝拉索承载力评定方法,研究长度效应和Daniels效应对整根拉索承载力的影响规律。研究表明:钢丝名义强度的减小主要由于腐蚀导致钢丝截面面积减小造成的,腐蚀导致钢丝的延性显著降低;单根钢丝的极限强度服从Weibull分布,随着比例参数的增加(即钢丝相关长度减小),钢丝的强度逐渐降低;随着平行拉索内钢丝数的增加,拉索强度均值减小率趋于固定值,拉索强度的变异系数渐近于0,拉索的强度趋于固定值;腐蚀拉索承载力降低是由腐蚀导致钢丝截面面积减小和腐蚀导致相关长度减小造成的,有可能后者的影响比前者还大。

平行钢丝斜拉索疲劳性能评定Ⅰ:钢丝疲劳寿命模型

平行钢丝斜拉索疲劳性能评定研究分为两部分,该文为第一部分:钢丝疲劳寿命模型。根据三参数幂函数应力-寿命模型与指定应力幅下疲劳寿命服从两参数Weibull分布,推导表征疲劳寿命的多参数Weibull模型,将疲劳寿命与应力幅统一在模型中。进一步根据疲劳截尾数据的条件概率分布建立疲劳模型参数EM估计算法,通过分析文献中钢绞线疲劳数据及研究开展的高强钢丝疲劳数据阐述多参数Weibull模型的适用性与优点。研究表明:该多参数Weibull模型能够较好地描述钢丝及钢绞线疲劳试验数据,指定应力幅时疲劳寿命简化为两参数Weibull分布,指定疲劳寿命时应力幅简化为三参数Weibull分布。文中提出的模型参数EM估计算法有效地解决了含有截尾数据的模型参数估计问题,采用全部疲劳试验数据进行模型参数估计,提高模型参数估计的准确性。

平行钢丝斜拉索疲劳性能评定Ⅱ:斜拉索疲劳寿命模型

该文为平行钢丝斜拉索疲劳性能评定研究的第二部分:斜拉索疲劳寿命模型,在钢丝疲劳寿命模型研究的基础上,从线性累积损伤和钢丝PSN曲线等效损伤路径两个角度推导斜拉索内任意一根钢丝疲劳破坏所经历的循环次数,并证明两个角度得到结果的等价性,在此基础上基于次序统计提出斜拉索疲劳寿命界限估计方法;采用Monte Carlo方法模拟斜拉索疲劳寿命的概率分布,研究斜拉索疲劳寿命的终止条件,深入探讨斜拉索疲劳寿命的影响因素并通过数值模拟建立斜拉索PSN曲线。研究表明:斜拉索疲劳寿命由其内一小部分疲劳寿命较小的钢丝控制,以10%断丝率作为斜拉索疲劳寿命终止条件比较合理;斜拉索疲劳寿命服从正态分布,其变异性显著降低。斜拉索疲劳寿命均值与其内钢丝数无关,钢丝数增加会减小斜拉索疲劳寿命的变异性,钢丝疲劳寿命的变异性对斜拉索疲劳寿命影响较大。

2000 MPa平行钢丝斜拉索在千米级公铁两用斜拉桥中的应用

沪通长江大桥主航道桥为主跨1092 m的公铁两用斜拉桥。设计过程中对平行钢丝斜拉索和钢绞线斜拉索在该桥上应用的可行性进行对比分析。由于采用高强度平行钢丝斜拉索,拉索断面更小、风载阻力小、钢丝应力均匀性好,同时有利于降低造价、减小结构横向变形、保证列车高速运行的平稳性和舒适性,因此,推荐采用高强度平行钢丝斜拉索。依托该桥对2000 MPa平行钢丝斜拉索进行了钢丝、锚具、护套及整索性能的专题研究,成功试制了斜拉索产品,最终实现了2000 MPa平行钢丝斜拉索在沪通长江大桥中的应用。

平行钢丝拉索的索端结构探讨

拉索是斜拉桥的关键承重构件,而索端结构又是拉索的防护薄弱环节。笔者在分析索端结构防护现状的基础上,探索性地提出和探讨了一种新型的索端结构。

港珠澳大桥超高强度平行钢丝斜拉索设计与技术研究

港珠澳大桥青州航道桥和江海直达船航道桥均采用斜拉桥,斜拉索均采用平行钢丝索。为减小索体阻风面积、减轻重量,在国内首次设计采用1 860MPa钢丝斜拉索。为确保斜拉索技术性能并提高其耐久性,对钢丝关键技术参数进行了研究,对锚具材料及构造尺寸进行了理论计算和设计,并试制成品索开展了物理模型试验。结果表明,钢丝抗拉强度不低于1 860MPa;扭转次数不小于12次;在规定条件下疲劳应力幅达410MPa以上;表面采用锌-5%铝合金镀层防腐性能优;试制成品索的锚固、疲劳及水密性性能均满足规范及设计要求,可应用于港珠澳大桥。

基于三维有限元的平行钢丝拉索断丝漏磁场仿真

随着桥梁检测技术的发展,漏磁检测技术开始应用于在役拉索检测。由于拉索自身结构复杂,拉索漏磁检测具有大直径和大提离的特点,导致背景磁场较强。利用有限元方法建立三维漏磁检测模型,通过将存在断丝缺陷的磁场信号与无缺陷的磁场信号求差,获得了真实漏磁场信号;研究了断丝断口宽度、埋藏深度等参数对检测信号的影响,给出了漏磁场随上述参数的变化曲线,从而为拉索漏磁检测信号的解释提供依据,为断丝量化分析奠定了基础。

平行钢丝拉索疲劳性能理论研究

目的建立平行钢丝拉索疲劳寿命的理论分析模型,为平行钢丝拉索的设计及疲劳评定提供理论依据.方法考虑平行钢丝拉索的特点,根据单根钢丝疲劳寿命的概率分布及线性累积损伤理论,采用Monte Carlo方法进行模拟.结果拉索疲劳寿命由其中一小部分疲劳寿命较短的钢丝控制,拉索的疲劳寿命远远小于钢丝的疲劳寿命,以10%的断丝率作为拉索寿命的终止比较合理,此时能够保证结构具有一定的安全裕度,同时拉索得到充分利用.结论为保证拉索具有良好的疲劳性能,除了要求拉索内钢丝具有长的疲劳寿命外,还必须严格控制钢丝疲劳寿命的变异性,初始应力幅相同的条件下,增加拉索内钢丝数不影响拉索的疲劳寿命,但会降低拉索疲劳寿命的变异性.

商合杭高铁芜湖长江公铁大桥2000MPa平行钢丝斜拉索设计研究

新建商合杭高铁芜湖长江公铁大桥主桥为主跨588 m的不对称矮塔钢桁梁斜拉桥。受桥位处机场航空限高限制,斜拉桥主塔建筑高度受限,与常规斜拉桥相比,芜湖长江公铁大桥具有大跨、塔矮、索平的结构特点,斜拉索运营状态下最大单根索力达16000 k N。为减小索体直径、锚具尺寸,减轻单索质量,设计采用标准抗拉强度2000 MPa的预制平行钢丝斜拉索。为确保新型斜拉索技术性能,大桥设计过程中针对超大吨位斜拉索设计选型、2000 MPa级平行钢丝技术条件、超大吨位斜拉索锚具、并排拉索振动控制等关键技术问题开展研究,在芜湖长江公铁大桥中成功实现547丝2000 MPa级平行钢丝斜拉索的首次应用。

平行钢丝拉索和平行钢绞线拉索的比较分析

从斜拉索的加工制作、运输、安装、结构特性、受力性能、防护性能、维护更换等方面对平行钢丝拉索和平行钢绞线拉索的优缺点进行了比较分析，为拉索的选取提供了参考。

大跨铁路斜拉桥平行钢丝斜拉索锚杯调整量设计研究

斜拉桥平行钢丝斜拉索锚杯长度一般根据锚杯内钢丝的锚固长度及其他构造尺寸确定,对于修正主梁线形偏差的调整量有限。针对大跨铁路斜拉桥中由施工、制造及桥上永久荷载偏差等导致主梁成桥线形偏差较大,而现行规范中的锚杯尺寸可能存在调整量不足的问题,以某千米级公铁两用斜拉桥为背景进行平行钢丝斜拉索锚杯调整量设计研究。采用悬索理论,分析道砟容重离散性引起的斜拉索索力偏差、斜拉索弹性模量偏差及斜拉索锚固点位置偏差对斜拉索无应力长度的影响,以确定合适的锚杯放张与张拉调整量。结果表明:对于铁路斜拉桥,现行规范规定的锚杯张拉调整量基本能够满足要求,放张调整量则可能存在不足;道砟容重离散性对斜拉索无应力长度影响相对最大,设计中应预留相应的锚杯放张调整量;对300 m以上的中、长索,还应考虑斜拉索索力偏差和斜拉索弹性模量偏差的影响,预留锚杯放张与张拉调整量;斜拉索弹性模量建议取2.0×10^(5) MPa,并考虑其在(1.9~2.1)×10^(5) MPa范围内进行设计。

平行钢绞线拉索与平行钢丝拉索的特性、经济性比较分析

对于平行钢丝拉索与平行钢绞线拉索作为斜拉桥拉索在其特性、经济性方面存在的优缺点作了明确地阐述。

平行钢丝与钢绞线拉索体系比较研究

斜拉索体系有多种型式,目前国内斜拉桥中平行钢丝拉索及平行钢绞线拉索应用较多。对以上2种拉索体系进行比较,分析拉索经济性、施工便利性、耐久性及可维护性,得出结论。

平行钢丝拉索在杭申线七星大桥加固工程中的应用

通过对杭申线七星大桥加固工程的总结,阐述了平行钢丝拉索作为体外预应力材料加固桥梁工程的可行性及优越性,并提出了使用平行钢丝拉索的范围和建议。

平行钢丝斜拉索施工牵引方法研究

为研究不同斜拉索牵引方法适用工况及条件,在介绍斜拉索施工工艺牵引原理基础上,分析了卷扬机牵引、软牵引、硬牵引和组合牵引法对应的工装及特点。其中,卷扬机牵引法牵引速度快,牵引力小;软牵引法牵引距离长,需要空间小;硬牵引法牵引力大,需求空间大。实际施工时应综合索长、索重、经济性等因素,选择最优的牵引方法。

列车荷载作用下平行钢丝拉索疲劳寿命评估

为研究列车荷载下平行钢丝拉索疲劳寿命,利用斜拉索内平行钢丝的疲劳寿命模型,基于Miner线性疲劳累积损伤准则推导了平行钢丝拉索任意一根钢丝疲劳破坏所经历的循环次数,采用Monte-Carlo方法模拟斜拉桥疲劳寿命的概率分布。以一座现役大跨径斜拉桥为背景工程,分别建立了有91根钢丝的普通拉索疲劳寿命模型和有109根钢丝的加强拉索疲劳寿命模型,研究了钢丝根数对拉索疲劳寿命的影响,计算了铁路荷载作用下该斜拉桥拉索寿命。结果表明:在10%的断丝率下,普通斜拉索和加强斜拉索疲劳寿命均服从正态分布且均值基本相同,普通斜拉索方差要大于加强斜拉索。两种斜拉索在仅考虑列车荷载作用下的疲劳寿命均远大于其设计寿命。

平行钢丝斜拉索锚端防护系统检测及维护设计研究

浙江某座双塔双索面预应力混凝土斜拉桥采用平行钢丝斜拉索,通过对该桥锚端防护系统的检测,发现预埋管内积水导致下锚头严重渗水、漏油。基于该检测结果,文章对该斜拉索锚端系统进行维护设计,采用"防腐油脂或者发泡材料等填充物+非硫化型阻蚀密封膏+不锈钢防水罩+橡胶防雨罩"的防水方案,此防水方案在同类斜拉索桥型中的维护设计具有一定借鉴意义。

大跨度斜拉桥平行钢丝索扭转问题探讨

根据平行钢丝索的特点以及制作、安装施工工艺,结合斜拉索施工过程中加扭、退扭现象,分析了斜拉索加扭或退扭现象产生的原因和危害,提出施工防治措施及后续平行钢丝斜拉索制作、施工建议。