2000m級斜拉橋FRP索力學(xué)特性研究.pdf

1、斜拉索在自重作用下產(chǎn)生垂度，導(dǎo)致其在梁端提供的豎向剛度減小。垂度效應(yīng)隨著斜拉索索長和自重的增加而增大。對于2000m級斜拉橋，最長斜拉索的長度超過1000m，垂度效應(yīng)導(dǎo)致的剛度折減將十分顯著，使豎向剛度成為設(shè)計的控制因素之一。近年來開始應(yīng)用于土木工程中的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)，具有強(qiáng)度高、自重小的優(yōu)勢，并且具有較好的耐腐蝕性和抗疲勞性，是用作斜拉索較為理想的材料。
　　 本文基于FRP材料的理論研究成果，探討四種常用的FRP

2、索應(yīng)用于2000m級斜拉橋，對于單索和全橋靜動力性能的影響，重點分析單索靜力剛度、自振特性和全橋豎向剛度?；谟嬎惴治鼋Y(jié)果，針對主跨超過2000m的超大跨度斜拉橋，提出混合索斜拉橋方案。具體工作與結(jié)論如下。
　　 第一部分，對2000m級斜拉橋跨中部位最長單索進(jìn)行靜動力學(xué)計算分析?；趹益溇€索剛度計算公式，分析鋼絞線索與四種FRP索的有效剛度折減規(guī)律;分別繪制了五種斜拉索在索長、傾角和水平投影長度影響下的有效剛度曲線。采用MAT

3、LAB求解懸鏈線非線性方程、ANSYS計算非線性動力特性，對鋼絞線索和四種FRP索分別進(jìn)行了自振特性分析。分析表明，垂度效應(yīng)導(dǎo)致傳統(tǒng)鋼絞線索豎向剛度折減率超過40～60％，已不能滿足2000m級斜拉橋跨中長索的剛度要求;與鋼索和其他FRP索相比，在索長超過600m以后，碳纖維索（CFRP索）具有最高的有效剛度，且一階自振頻率最小。綜合單索的靜動力性能，CFRP索最適合作為超大跨度斜拉橋長索的材料。
　　 第二部分，基于有限元計算

4、，初步設(shè)計了主跨2038m斜拉橋，并按照等強(qiáng)度替換思想設(shè)計了相同跨度的CFRP索斜拉橋。成橋狀態(tài)的對比說明，CFRP索斜拉橋能夠有效降低主梁軸力和主塔壓力，并降低索力，提高拉索承載效率。參考規(guī)范荷載，結(jié)合2000m級斜拉橋特點，分別計算不同集中荷載、均布荷載作用下兩橋的豎向位移。計算結(jié)果說明，在主跨跨中附近，CFRP索斜拉橋比鋼索斜拉橋豎向位移降低10％以上，剛度有明顯改善;在主塔附近，CFRP索斜拉橋豎向位移大于鋼索斜拉橋豎向位移，豎