断索对双钢拱塔斜拉桥力学性能的影响

为了研究拉索断裂对双钢拱塔斜拉桥力学性能的影响,采用有限元软件MIDAS/Civil建立了西安市某大桥的三维仿真模型,首先将该模型的各参数与设计值及规范进行对比以验证模型的合理性,然后分析了不同位置、不同数量的拉索断裂后,主梁线形、拉索索力、主梁及索塔应力的变化规律。结果表明:正常运营条件下,斜拉索断裂对主梁线形的影响大于水平索,中间索断裂对跨主梁线形的影响大于外侧索和内侧索,拉索对两系梁之间主梁段线形的影响基本可以忽略;任意拉索的断裂会引起其附近拉索索力增加,外侧斜拉索断裂会导致与其相邻水平索的索力以及另一跨斜拉索索力明显降低,但内侧斜拉索的断裂对与其相邻的水平索和另一跨斜拉索索力的降低不太明显,水平索断裂会引起与其相邻的两根斜拉索索力下降,且下降量值基本相同;双索断裂后主梁挠度和索力变化均近似符合叠加原理,双索断裂后,主梁位移最大增加50.2%,但仍满足1/500挠跨比的要求,纵向对称断索较横向对称断索和原点对称断索危险;少量拉索断裂不会引起结构达到极限承载能力,当两根危险索同时断裂,断索后剩余拉索索力最大为836 MPa,安全系数仍然达到2.2;断索对剩余拉索承载力的影响要高于对主梁和索塔的影响。     

考虑锈蚀影响的拉索状态UL列式分析法

针对拉索在服役期间经常出现的钢丝锈蚀及索力松弛病害现象,通过求解拉索微分方程边值问题及讨论索的收敛迭代解,引入Lemaitre的疲劳损伤应变等价原理和几何损伤理论,提出了在工程中拉索的锈蚀程度可通过适当折减拉索材料的弹性模量来表征,在此基础上,建立了计入拉索锈蚀和索力松弛影响的拉索状态UL列式分析方法,并成功运用到实际工程的拉索状态分析中。研究和工程实践表明拉索的锈蚀和索力松弛在服役期间拉索结构状态分析中不容忽视。所提供的方法,考虑了拉索锈蚀及索力松弛病害影响,为大跨度斜拉桥服役期间拉索状态较为精确的非线性分析提供了重要依据。     

锈蚀钢丝疲劳断口分析与寿命预测

为了研究桥梁锈蚀高强度钢丝的疲劳性能以及疲劳断裂机理,并为基于断裂力学理论的锈蚀高强度钢丝疲劳寿命评价提供试验依据,以服役10余年的漂浮结构体系的拱桥吊杆退役钢丝及人工加速腐蚀钢丝为试验样本,对这2类钢丝进行了不同应力幅下的疲劳试验;利用扫描电镜分析了锈蚀钢丝的疲劳断口形貌特征以及疲劳断裂失效过程,对比分析了2类锈蚀钢丝疲劳源的蚀坑尺寸;考察了2类锈蚀钢丝初始裂纹应力强度因子及剩余断裂韧性,并与既有的钢丝疲劳阈值和断裂韧性指标进行了比较;采用三参数公式对锈蚀钢丝应力-寿命(S-N)曲线进行了拟合,对比了不同锈蚀程度钢丝S-N曲线的差异;针对锈蚀钢丝高应力幅的疲劳寿命特征,运用线弹性断裂力学方法对其进行了分析。结果表明:随着腐蚀程度的增加,钢丝的疲劳性能下降;表面蚀坑分布较密时,容易诱发多源裂纹并表现出不规则的裂纹扩展规律;萌生主裂纹的蚀坑阈值条件主要由疲劳裂纹扩展阈值ΔK_(th)控制;锈蚀钢丝S-N曲线在低应力范围下出现拐点,符合三参数公式的拟合规律;锈蚀钢丝的裂纹扩展寿命所占比例较大,基于一定初始裂纹尺寸假设得到的疲劳裂纹扩展寿命SN曲线能较好地反映锈蚀钢丝中等寿命区的平均疲劳行为。     

减震器对斜拉索索力检测的影响

振动法是斜拉桥索力测试的常用方法之一,但其测试精度会受到拉索边界条件、测试温度、拉索长度等因素影响.该文采用振动法测试索力方法,探讨了索跨内拉索弹性支撑对拉索索力测试的影响,并通过实例证明采用振动法测试拉索索力时,计算索力必须合理地考虑拉索跨内弹性支撑的影响,否则测试结果将是不可靠的.     

大跨空间拉索拱结构索力监测与分析

以某园区空间拉索拱结构为背景,对结构索力进行监测并通过ANSYS有限元模拟索力对比分析。拉索索力的大小直接影响拱结构的内力和变形,因此,综合考虑各种影响因素,对索力进行安全评估和预应力损失评估。结果表明:有限元模拟和实测索力偏差在可控范围内;部分拉索存在松弛现象需要处理。     

斜拉桥拉索失效分析探讨

分析了广东某斜拉桥拉索钢丝的腐蚀失效。结果表明 ,拉索钢丝锈蚀的关键原因是拉索上段的水泥浆体长时间不凝结 ,产生微电池原理的电化学腐蚀。而水泥浆体不充满 ,浆体中含一定量的C1 及拉索受拉应力的作用 ,更加速了钢丝锈蚀。较大的水灰比 ,含一定浓度的FDN减水剂及密闭导致拉索上段水泥浆体长时间不凝结。     

运营期桥梁斜拉索的技术状况检测

某桥为主跨232m独塔双索面预应力混凝土斜拉桥,至今运营了约19年,斜拉索采用7mm镀锌高强钢丝,抗拉强度标准值1 600 MPa。为了掌握运营期斜拉索的耐久性技术状况,评定其是否处于安全状态,对该桥的斜拉索相关组成构件进行了较为全面详细的检测,运用机器人无损检测技术对拉索内部钢丝锈蚀率和断丝情况进行了量化检测,分析病害产生原因和严重程度,结合斜拉索索力和结构线形进行了综合拉索受力安全分析。检测结果表明:该桥有占总数78.8%的斜拉索存在不同程度的PE护套破损病害;PE护套出现开裂或断裂的斜拉索钢丝均出现了锈蚀,其中斜拉索钢丝截面的最大锈蚀率在1.08%~4.93%之间,但尚未发现断丝情况。根据当前技术状况,对斜拉索索力安全系数进行检算,其结果满足规范要求。     

锈蚀钢索服役性能以及换索条件研究

桥梁钢索在服役一段时间后会不可避免地发生锈蚀,导致结构的安全性、耐久性降低。通过对高强钢丝的锈蚀程度和其力学性能之间的关系进行研究,当钢丝直径较小时,表面微小的刻痕或凹坑虽然不会造成其抗拉强度的大幅降低,但会严重削弱其疲劳性能,即锈蚀的出现易导致高强钢丝的疲劳断裂,而非拉伸断裂,尤其是当蚀坑出现时,钢丝的残余疲劳寿命迅速下降。通过结合相关实桥的换索案例及断裂钢丝的电镜扫描图,对高强钢丝断裂的相关因素进行分析,并提出了拉索残余寿命评估的相关流程和建议。     

斜拉桥拉索减振阻尼器对拉索索力测量的影响研究

针对采用频率法测量拉索索力时拉索外加阻尼器对索力测量精度影响的问题,提出了考虑拉索垂度的拉索-阻尼器系统模态频率的分析方法,研究了阻尼器安装的相对高度、拉索的计算长度、阻尼系数等对拉索模态频率的影响程度和规律,获得了消除拉索减振阻尼器对索力测量精度影响的办法。研究表明,外加阻尼器对拉索低阶模态频率影响很大,采用高阶模态频率测量拉索索力时,索力测量能获得很好的精度。随着拉索-阻尼器系统相对安装长度和阻尼系数的增大,阻尼器对拉索模态频率的影响也越大,当阻尼系数增加到一定程度后,拉索的高阶模态频率基本与阻尼系数无穷大时的频率接近,阻尼器相当于固定支撑。以岳阳洞庭湖大桥A11号拉索为例,验证了该方法合理可行。     

大跨度地锚式斜拉桥换索施工技术

郧县汉江大桥为(86+414+86)m地锚式预应力混凝土斜拉桥,每塔两侧各布置2×25根斜拉索。检测发现:斜拉索索力和设计理论状态误差较大,PE护套损伤,钢丝锈蚀严重,斜拉索系统属于四类部件。为确保桥梁结构的长期安全,结合该桥斜拉索体系病害情况,运用等强度换算原理,设计新斜拉索[采用镀锌平行钢丝、PES(HD)低应力全防腐索体、全防水结构等多项技术],替换全桥旧斜拉索。斜拉索更换顺序为病害斜拉索优先,单塔对称、双塔反对称,由长索到短索的原则进行更换。有限元结果表明,在整个换索过程中,斜拉索、主梁和桥塔结构变形、应力和强度验算均能满足规范要求。换索施工工序为旧索放张→旧索拆除→新索安装与张拉→索力调整。通过优化施工工艺,长索单塔换完后,2个点4根索同时更换,将换索工期降低到120d,极大地缩短了施工工期。