悬索桥主缆与索鞍间侧向力及摩擦滑移特性分析

摘要

多塔连跨悬索桥作为跨越宽广水域的重要桥梁结构形式，计算理论与施工技术的不完善成为限制其发展的重要因素。其中“中塔效应”的存在，即主缆抗滑移安全与挠跨比之间存在的对立关系，是多塔悬索桥设计必须解决的矛盾之一。目前关于主缆抗滑的计算参数仅局限于结构的总体布置及荷载形式，实际工程中则多采用模型试验的方法提取名义摩擦系数，而针对鞍槽内索股的真实滑移情况及传力机理分析，则需要建立主缆-索鞍精细化接触模型进行研究。本文主要通过以下三个方面对主缆-索鞍抗滑问题展开了讨论:
　　(1)基于ABAQUS/Explicit平台对主缆-索鞍体系进行局部精细化建模，准确设置钢丝与钢丝、钢丝与鞍槽之间的接触摩擦关系，计算分析了单槽内一定数量钢丝排布的侧向力分布模式，并探讨了索股排列方式、索股张力及构件之间的摩擦系数对侧向力分布的影响。
　　(2)基于ABAQUS/Explicit平台对主缆-索鞍体系进行全结构精细化建模，代入相同条件下的侧向力换算结果，模拟对应的分层滑移状态，计算研究滑移过程中索股张拉端的位移形式、索股两端应力变化及钢丝沿索长纵向的应力分布模式，从细观层面对分层滑移特征及传力机理进行分析。
　　(3)针对主缆索鞍抗滑移的问题，探讨了鞍槽内索股排列方式、索股张力及构件之间的摩擦系数对抗滑能力的影响，并分析评估了设置竖向摩擦板或水平摩擦板对提高抗滑能力的作用效果。
　　论文得出如下主要结论:索股侧向力呈负指数收敛型曲线分布，且在钢丝底层出现骤减现象;侧向力是导致分层滑移的直接因素;分层滑移的现象可归结为:上层钢丝先于下层钢丝滑移、同一奇数层钢丝则中间钢丝先于外侧钢丝滑移、当底层钢丝出现极限滑移，则索股发生整体滑移;竖向摩擦板与水平摩擦板的设置能够有效提高主缆的抗滑能力，但水平摩擦板应用相对局限。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景和研究意义

1．2 悬索桥主缆与索鞍间摩擦滑移理论及实验研究

1．3 接触摩擦问题研究现状

1．4 论文研究内容

第2章 接触摩擦及滑移理论

2．1 引言

2．2 接触摩擦理论分析

2．2．1 接触理论基础

2．2．2 接触的有限元法方程及一般求解过程

2．2．3 ABAQUS接触设定

2．2．4 滑动摩擦理论基础

2．2．5 摩擦定律

2．3 滑移理论探讨

2．3．1 小滑移与有限滑移

2．3．2 分层滑移概念

2．4 索股滑移计算方法研究

2．4．1 规范计算方法

2．4．2 解析计算方法

2．4．3 侧向力计算方法

第3章 主缆与索鞍间侧向力分布模式研究

3．1 引言

3．2 主缆与索鞍侧向力分析模型

3．2．1 基础模型参数设置

3．2．2 接触关系设置

3．3 局部模型的可行-l生分析

3．3．1 等效荷载换算准则

3．3．2 鞍槽各向应力的纵向分布模式

3．3．3 轴向拉力的影响

3．3．4 竖向力平衡验证

3．4 侧向力分布模式研究

3．4．1 索股排列形状的影响

3．4．2 索股张拉力的影响

3．4．3 摩擦系数的影响

3．4．4 钢丝非规则排列的影响

3．5 公式计算对比分析

3．5．1 规范公式计算对比

3．5．2 实用公式计算对比

3．6 本章小结

第4章 主缆与索鞍间摩擦滑移过程模拟

4．1 引言

4．2 主缆与索鞍的精细化模型

4．2．1 基础模型参数设置

4．2．2 接触关系设置

4．2．3 加载步骤设置

4．3 精细化模型调试

4．3．1 抗弯刚度折减

4．3．2 侧向力换算

4．4 索股滑移机理分析

4．4．1 分层滑移特征

4．4．2 传力机理分析

4．5 本章小结

第5章 主缆抗滑参数分析

5．1 引言

5．2 分层滑移发生的条件

5．3 抗滑参数分析

5．3．1 索股数量的影响

5．3．2 索股张拉力的变化

5．3．3 不同的摩擦系数

5．3．4 钢丝非规则排列

5．4 抗滑摩擦板的影响

5．4．1 设置竖向摩擦板

5．4．2 设置水平摩擦板

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间参与科研实践项目