2000m級(jí)斜拉橋FRP索力學(xué)特性研究.pdf

1、斜拉索在自重作用下產(chǎn)生垂度，導(dǎo)致其在梁端提供的豎向剛度減小。垂度效應(yīng)隨著斜拉索索長(zhǎng)和自重的增加而增大。對(duì)于2000m級(jí)斜拉橋，最長(zhǎng)斜拉索的長(zhǎng)度超過(guò)1000m，垂度效應(yīng)導(dǎo)致的剛度折減將十分顯著，使豎向剛度成為設(shè)計(jì)的控制因素之一。近年來(lái)開(kāi)始應(yīng)用于土木工程中的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)，具有強(qiáng)度高、自重小的優(yōu)勢(shì)，并且具有較好的耐腐蝕性和抗疲勞性，是用作斜拉索較為理想的材料。
　　 本文基于FRP材料的理論研究成果，探討四種常用的FRP

2、索應(yīng)用于2000m級(jí)斜拉橋，對(duì)于單索和全橋靜動(dòng)力性能的影響，重點(diǎn)分析單索靜力剛度、自振特性和全橋豎向剛度。基于計(jì)算分析結(jié)果，針對(duì)主跨超過(guò)2000m的超大跨度斜拉橋，提出混合索斜拉橋方案。具體工作與結(jié)論如下。
　　 第一部分，對(duì)2000m級(jí)斜拉橋跨中部位最長(zhǎng)單索進(jìn)行靜動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析?；趹益溇€索剛度計(jì)算公式，分析鋼絞線索與四種FRP索的有效剛度折減規(guī)律;分別繪制了五種斜拉索在索長(zhǎng)、傾角和水平投影長(zhǎng)度影響下的有效剛度曲線。采用MAT

3、LAB求解懸鏈線非線性方程、ANSYS計(jì)算非線性動(dòng)力特性，對(duì)鋼絞線索和四種FRP索分別進(jìn)行了自振特性分析。分析表明，垂度效應(yīng)導(dǎo)致傳統(tǒng)鋼絞線索豎向剛度折減率超過(guò)40～60％，已不能滿(mǎn)足2000m級(jí)斜拉橋跨中長(zhǎng)索的剛度要求;與鋼索和其他FRP索相比，在索長(zhǎng)超過(guò)600m以后，碳纖維索（CFRP索）具有最高的有效剛度，且一階自振頻率最小。綜合單索的靜動(dòng)力性能，CFRP索最適合作為超大跨度斜拉橋長(zhǎng)索的材料。
　　 第二部分，基于有限元計(jì)算

4、，初步設(shè)計(jì)了主跨2038m斜拉橋，并按照等強(qiáng)度替換思想設(shè)計(jì)了相同跨度的CFRP索斜拉橋。成橋狀態(tài)的對(duì)比說(shuō)明，CFRP索斜拉橋能夠有效降低主梁軸力和主塔壓力，并降低索力，提高拉索承載效率。參考規(guī)范荷載，結(jié)合2000m級(jí)斜拉橋特點(diǎn)，分別計(jì)算不同集中荷載、均布荷載作用下兩橋的豎向位移。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，在主跨跨中附近，CFRP索斜拉橋比鋼索斜拉橋豎向位移降低10％以上，剛度有明顯改善;在主塔附近，CFRP索斜拉橋豎向位移大于鋼索斜拉橋豎向位移，豎