斜拉桥拉索损伤对桥梁结构性能的影响研究

摘要

斜拉索作为斜拉桥的主要承重和传力构件，其质量上要求具有良好的刚度、强度、抗疲劳强度以及耐久性。然而，斜拉索由于长期承受疲劳荷载，加之暴露在自然环境中，钢丝索体和锚具结构件遭受腐蚀破坏的可能性较大。斜拉索的损害会对斜拉桥的整体性能和正常运行造成很大影响。
　　对于斜拉桥来说，钢材的应力松弛、疲劳、腐蚀以及桥梁变形等不利因素的影响会使斜拉桥容易发生局部的破损。从表面上看这些局部破损虽并不会导致整个结构短时间内发生破坏，但从长期运营来看，拉索损伤已经对桥梁结构的安全构成了潜在的危险。拉索局部破坏会导致斜拉桥整体刚度的下降以及承载能力的显著降低，影响车辆的正常行驶，严重时斜拉桥甚至会出现失稳破坏，这不仅会导致结构自身使用寿命缩短，而且会对行人的生命和财产安全产生威胁。若能够及时发现斜拉桥破损之处，并及时判断出破损的程度以及破损的位置，维修人员就能准确制定出可行的维修方案，并且及时对损伤部位进行维修。
　　本文主要研究内容有以下几方面:
　　首先，简述了斜拉桥的现状和发展趋势，并介绍了拉索性能特性，通过分析现有斜拉索使用过程的损伤状况，提出斜拉桥拉索损伤危害性分析问题。
　　其次，通过分析拉索不同情况损伤下桥梁结构响应，发现斜拉桥主梁线形、拉索内力、索塔位移以及桥梁动力性能在拉索不同损伤情况下的变化规律。
　　最后，根据拉索损伤及断索危害性研究，结合拉索损伤检测技术，研究较为可行的检测方法。提出通过对主梁、拉索以及主塔的健康监测进行斜拉桥健康状态预警的可能性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 斜拉桥概述

1．2．1 斜拉桥的发展

1．2．2 斜拉桥的未来

1．3 斜拉桥的结构特点与受力分析

1．3．1 斜拉桥结构特点

1．3．2 斜拉桥结构受力分析

1．4 斜拉索损伤对结构性能的影响研究现状

1．5 本文的选题背景和主要工作

1．5．1 选题背景

1．5．2 本文主要工作

第二章 拉索损伤机理与病害研究

2．1 斜拉索的构造特点与力学特性

2．1．1 拉索构造特点

2．1．2 拉索力学性能

2．1．3 拉索疲劳性能

2．2 引起斜拉索损伤的主要因素

2．3 斜拉桥拉索非线性振动

2．3．1 涡激共振

2．3．2 斜拉索的风雨激振及其机理

2．4 拉索损伤监测

2．5 本章小结

第三章 斜拉桥有限元模型分析理论

3．1 实桥简介

3．1．1 工程概况

3．1．2 桥梁现状

3．2 有限元分析理论

3．2．1 MIDAS／Civil介绍

3．2．2 建模及计算假定

3．3 单元模拟方法

3．3．1 桥面系

3．3．2 拉索

3．3．3 主塔

3．3．4 Midas Civil分析计算时模型的处理

3．4 斜拉桥结构分析中的几何非线性问题的模拟

3．4．1 斜拉桥几何非线性问题的有限元法分析理论

3．4．2 几何非线性问题分析的近似方法

3．5 有限元模型的建立

3．5．1 材料参数的确定

3．5．2 边界条件

3．6 斜拉桥合理成桥状态的确定方法

3．7 本章小结

第四章 拉索损伤的斜拉桥结构静动力性能分析

4．1 斜拉索损伤变量的选取

4．1．1 面积模拟拉索刚度损伤讨论

4．1．2 弹性模量模拟拉索刚度损伤讨论

4．1．3 结构刚度矩阵的参数化

4．2 斜拉桥拉索损伤组合方式

4．3 不同位置拉索损伤下斜拉桥结构静力性能分析

4．3．1 不同位置拉索损伤时主梁线形的变化

4．3．2 不同位置拉索损伤时索力的变化

4．3．3 不同位置拉索损伤时索塔节点位移的变化

4．3．4 相邻两根拉索损伤对桥梁结构性能的影响

4．4 同一拉索不同程度损伤下斜拉桥结构静力性能分析

4．4．1 同一拉索不同程度损伤时主梁线形的变化

4．4．2 同一拉索不同程度损伤时索力的变化

4．5 拉索损伤下斜拉桥结构动力性能分析

4．5．1 不同拉索损伤下全桥结构动力分析

4．5．2 拉索不同损伤程度下全桥结构动力分析

4．6 基于主梁挠度和索力变化的拉索损伤识别

4．7 本章小结

第五章 基于斜拉索损伤的健康检测

5．1 拉索检查和评估

5．1．1 拉索短期检查

5．1．2 拉索长期检查和评估

5．2 拉索应力监测

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学校期间发表的论著及取得的科研成果