典型載荷作用下懸索管橋結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)研究.pdf

1、在油氣輸送過程中，無論是長輸管線，還是集輸管線，由于受自然條件的限制，難免會遇到江河、山谷、溝壑等地形的阻礙，而懸索管橋是跨越這類地形最為常見的結(jié)構(gòu)。由于所處地理環(huán)境的特殊性，懸索管橋長期處于濕度較高、晝夜溫差較大的條件下工作，結(jié)構(gòu)腐蝕比較嚴(yán)重;同時，因?yàn)槠渥陨斫Y(jié)構(gòu)具有超柔性、低阻尼、大跨徑比、輕自重的特性，在受到暴風(fēng)、暴雪、地震等突發(fā)自然風(fēng)險和施工作業(yè)等人為因素作用時，易出現(xiàn)大位移、大變形及裂紋等危險源。一旦發(fā)生失效事故，后果將不堪設(shè)

2、想，不但影響油氣介質(zhì)的輸送，而且還將會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會影響。因此，為了保證懸索管橋的安全運(yùn)行，以陜京一線黃河懸索管橋?yàn)檠芯繉ο螅_展了相關(guān)載荷下的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)研究。
　　首先，針對懸索管橋大位移、小應(yīng)變的幾何非線性特點(diǎn)，運(yùn)用有限元理論建立了黃河懸索管橋的三維仿真模型，并根據(jù)現(xiàn)場測量結(jié)果分別對索結(jié)構(gòu)進(jìn)行找形計(jì)算和對所建模型進(jìn)行修正。在此基礎(chǔ)上，研究了管橋在成橋狀態(tài)（結(jié)構(gòu)自重）、工作狀態(tài)（結(jié)構(gòu)自重和天

3、然氣介質(zhì)）、載人狀態(tài)（結(jié)構(gòu)自重、天然氣介質(zhì)和30人）三種靜載工況下的應(yīng)力、位移響應(yīng)情況。將正常工作狀態(tài)下仿真模擬的數(shù)據(jù)與工程檢測數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)基本偏差均在20％以內(nèi)，說明所建模型和模擬方法具有可行性。
　　接下來，分別模擬了黃河懸索管橋在雪載（小雪、中雪、大雪以及暴雪）、風(fēng)載（低風(fēng)速2.8m/s、高風(fēng)速27m/s）、清管和地震四種載荷作用下各部分結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力變化情況。在不同等級的雪載荷作用下，懸索管橋的各個結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力和最大

4、位移發(fā)生位置沒有改變，其中最大位移值隨著雪載荷的加大而增大，而最大應(yīng)力值，主索、吊索、塔架、橋桁架的隨著雪載荷的加大而增大，系索、風(fēng)索、下穩(wěn)定索的隨著雪載荷的加大而減小。在風(fēng)致振動分析中，對比風(fēng)速2.8m/s和27m/s時懸索橋各個結(jié)構(gòu)的響應(yīng)情況，保德塔頂?shù)奈灰坡源笥诟人數(shù)奈灰?，橋桁架、主索、風(fēng)索等結(jié)構(gòu)振動最為劇烈、振幅最大的位置均出現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)的1/2處。在模擬清管過程時，選取清管球的速度2m/s，管道累計(jì)積液長度1m，分析了懸索管

5、橋橋桁架開始處、1/8處、1/4處、3/8處、1/2處、5/8處、3/4處、7/8處和結(jié)束處的位移變化規(guī)律，其中1/2處和5/8處的變化幅度最大。通過地震載荷響應(yīng)分析得到，主索與塔架連接處在地震載荷作用下位移變化較小，最大值僅為0.01m;橋桁架、主索、風(fēng)索的位移響應(yīng)較大，最大值超過1.5m，相關(guān)部門應(yīng)預(yù)防6級以上的大地震對懸索管橋造成的破壞。
　　通過本文的研究，不僅分析了陜京一線黃河懸索管橋現(xiàn)階段的健康狀態(tài)，還為其它現(xiàn)役懸索管