自錨式懸索橋空間主纜扭轉(zhuǎn)力學(xué)行為分析與研究.pdf

1、空間主纜自錨式懸索橋通過(guò)主纜和吊索形成一個(gè)三維的索系，在對(duì)豎向承載能力影響不大的情況下，大大提高了懸索橋的橫向剛度和橫向承載能力，這是近年來(lái)空間纜索懸索橋逐漸受到重視的一個(gè)重要原因。主纜由平面狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g狀態(tài)的體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由于索鞍和吊索吊點(diǎn)對(duì)主纜的約束作用以及吊點(diǎn)力相對(duì)于主纜截面中心的偏心而產(chǎn)生的偏心扭矩的作用，造成主纜截面的扭轉(zhuǎn)，而且，該扭轉(zhuǎn)角度與預(yù)期的理論計(jì)算結(jié)果存在較大的差異，甚至在主纜上靠近主塔的位置會(huì)出現(xiàn)局部反扭的情形。

2、本文以杭州江東大橋?yàn)檠芯勘尘埃饕芯績(jī)?nèi)容和成果如下:
　　 (1)進(jìn)行了空間主纜扭轉(zhuǎn)縮尺比例模型試驗(yàn)。參考國(guó)內(nèi)外已有理論進(jìn)行了物理量相似比例的推導(dǎo)，闡述了模型制作過(guò)程中一些細(xì)節(jié)問(wèn)題的處理方法以及若干具體的試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)手段，為成功進(jìn)行模型試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ);
　　 (2)研究提出用梁?jiǎn)卧M主纜?？紤]到一般的桿單元與索單元無(wú)法模擬主纜的抗扭性能，為了分析主纜的扭轉(zhuǎn)力學(xué)行為，研究采用BEAM44單元?jiǎng)t有可能。為論述該單元抗彎剛度的

3、取值問(wèn)題，本文建立考慮抗彎剛度的索結(jié)構(gòu)的平衡方程，并進(jìn)行了方程的求解，結(jié)果說(shuō)明了抗彎剛度取值足夠小的梁?jiǎn)卧氖芰μ攸c(diǎn)接近于索單元這一現(xiàn)象。
　　 (3)建立主纜截面抗扭剛度與空間受力狀態(tài)之間的解析關(guān)系。主纜受扭初始階段，主纜的索股可以考慮為相互分離，截面的抗扭剛度很小。隨著吊桿橫向張拉的持續(xù)進(jìn)行，索股之間會(huì)出現(xiàn)比較明顯的擠壓和錯(cuò)動(dòng)效應(yīng)，主纜的整體性得到增強(qiáng)，截面抗扭剛度增強(qiáng)。隨著主纜扭轉(zhuǎn)程度的不斷加深，主纜抗扭剛度不斷增大以此抵

4、抗主纜的扭轉(zhuǎn)，最終達(dá)到結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)受力平衡。主纜的扭轉(zhuǎn)變形的發(fā)展與主纜截面的抗扭剛度之間存在相互影響的耦合關(guān)系。主纜索股之間的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)可能導(dǎo)致其扭轉(zhuǎn)角度和方向與將主纜截面當(dāng)作圓截面進(jìn)行計(jì)算得到的結(jié)果不同。本文將通過(guò)模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證這一判斷的正確性。
　　 (4)本文試圖得到主纜空間受力過(guò)程中扭轉(zhuǎn)角度的計(jì)算圖示，通過(guò)數(shù)學(xué)解析方法建立起主纜抗扭剛度與單元受力狀態(tài)之間的關(guān)系。然后用ANSYS軟件對(duì)模型吊桿張拉過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算，考慮