碳纤维主缆悬索桥静力性能研究

以润扬长江大桥为背景,基于主缆等强度和等刚度原则,拟定2座等跨度的碳纤维主缆悬索桥,并运用三维非线性有限元理论进行了温度变化、支座位移和车辆荷载作用下的静力特性分析。分析结果表明,与钢主缆悬索桥相比,采用碳纤维主缆后,结构的内力有些增大,但其变形特征基本接近。因此,大跨度悬索桥采用碳纤维主缆是可行的,但主缆截面的确定建议采用等刚度的方法。

超大跨碳纤维增强塑料(CFRP)主缆悬索桥研究与原型设计

以非线性数值计算为手段,对比分析缆索系统、加劲梁、桥塔及支承系统等结构系统,研究表明主跨3 500 m CFRP主缆悬索桥具有技术可行性。利用精细有限元结构仿真分析手段,对主跨3 500 m CFRP主缆悬索桥结构体系进行参数敏感性分析,研究结构参数对超大跨径悬索桥静、动力性能影响,结合结构系统数值模型分析研究,确定了主跨3 500 m CFRP主缆悬索桥最优结构体系。建立物理模型,进行CFRP主缆索股的锚固、滑移、弯折等理论分析及静载、疲劳试验研究。研发了可用于实桥的黏结性锚具,锚固效率系数达100%。验证了抗滑移、弯折性能,在鞍座处摩擦系数约0.5,在索夹处达0.331,在鞍座处的弯曲强度超过其抗拉强度的90%,在索夹处几乎不存在弯折问题。以研究成果为依据,进行了主跨3 500 m CFRP主缆悬索桥原型设计。

应用碳纤维缆索的大跨度悬索桥抗风稳定性研究

为了探讨碳纤维复合材料缆索在大跨度悬索桥中应用的可能性,以主缆等轴向刚度为原则,拟定了一座主跨为1490m的碳纤维复合材料主缆悬索桥,并运用三维非线性计算理论进行了空气静力和动力稳定性分析。通过与同跨度钢主缆悬索桥的比较,讨论了不同主缆材料对大跨度悬索桥抗风稳定性的影响。分析结果表明:大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆后,静风作用下结构的变形增大,但其静风稳定性却与钢主缆悬索桥基本接近;由于结构自振频率特别是扭转频率有显著的提高,使得其空气动力稳定性要比钢主缆悬索桥好。因此从抗风稳定性角度而言,大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆是可行的,但是主缆截面尺寸的确定应采用等轴向刚度的准则。

在大跨度悬索桥上应用碳纤维(CFRP)索的静力学分析

为了探讨碳纤维索在大跨度悬索桥上的应用的可行性,拟定了一座三跨碳纤维复合材料主缆悬索桥,并应用弹性理论进行了结构恒载作用下的静力特性分析。通过与同跨度钢主缆悬索桥的比较,从主缆的受力性能,主缆材料的用量,索塔的受力,材料用量等方面进行了分析。分析结果表明:大跨度悬索桥采用碳纤维主缆后,可以大幅度的减少主缆所受的拉力,减少主缆的截面积,节约材料用量,由于主缆拉力的减少,拉力的竖直分量也相应减小,索塔的压力也减小,这样可以减小索塔的截面,节约材料。因此从静力特性而言,采用碳纤维主缆的悬索桥的性能远远优于钢主缆。