平行钢绞线斜拉索索力的有限元模拟分析

摘要

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件之一，斜拉索的受力大小和状态直接关系到施工安全和运营期间桥梁的健康状况，因此对索力进行测量是很有必要的。在斜拉索挂设张拉完成以及桥梁运营期间，对索力的测试一般都采用频率法。本文以中牟绿博园区人文路贾鲁河大桥为工程背景，对频率法测量安装有减振器的平行钢绞线斜拉索的索力进行了研究，主要包括以下几个方面： （1）对已有的关于频率法测索力的研究进行了总结，研究了频率法测索力的基本理论；分析了拉索的抗弯刚度、垂度、边界条件、减振器等因素对索力测试的影响；运用换算索长的方法求解出拉索的有效振动索长来反映减振器对索力的影响；通过对常用索力计算公式的分析选取了工程实用索力计算公式。 （2）运用有限元软件ABAQUS，对安装有减振器的平行钢绞线斜拉索分别用实体单元和梁单元进行了模拟，得到的结果与设计索力吻合较好，两种单元类型的模型都能很好的反映拉索的振动特性。同时还发现减振器对拉索两端的振型影响较大，会对测得的拉索频率产生影响，在用频率法实测拉索的索力时要考虑减振器的影响。 （3）在实际工程中，有时会在平行钢绞线斜拉索上安装约束圈来增强索体的整体性。为了分析约束圈的布置间距对频率法测索力的影响，运用完全耦合约束模拟约束圈对索体的作用，建立了不同耦合间距的实体单元模型和梁单元模型，发现随着耦合间距的增大，测出的索力误差也在变大，因此在布置约束圈时，间距不宜太大，宜为3~5米。 （4）针对安装有减振器的平行钢绞线斜拉索的特点，即在索中间和减振器处各钢绞线接触，而在其他位置相互离散，以及索中各钢绞线索力不均，选取长、中、短三根斜拉索，用实体单元和梁单元建立安装有减振器的单根钢绞线、整索、61 根钢绞线的不同接触区域耦合模型，并对模拟结果进行对比分析，验证了频率法测量安装有减振器的平行钢绞线斜拉索索力的可行性。 （5）频率法测拉索索力时一般是将拾振器直接安装在拉索的HDPE外套管上，而外套管的直径比钢绞线索体的直径大，且在中间部分套管会与钢绞线索体接触，针对这些问题，建立了考虑减振器的索体—HDPE外套管模型，对模拟结果进行分析，发现 HDPE 外套管对索力的影响较大，不能忽略其对索力的影响，可通过修正索体的线密度来减小外套管对索力的影响。 （6）将本文的结论运用于中牟绿博园区人文路贾鲁河大桥的索力测试中，实测索力与设计索力吻合较好。

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