自錨式懸索橋空間主纜扭轉(zhuǎn)力學(xué)行為分析與研究.pdf

1、空間主纜自錨式懸索橋通過主纜和吊索形成一個三維的索系，在對豎向承載能力影響不大的情況下，大大提高了懸索橋的橫向剛度和橫向承載能力，這是近年來空間纜索懸索橋逐漸受到重視的一個重要原因。主纜由平面狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g狀態(tài)的體系轉(zhuǎn)換過程中，由于索鞍和吊索吊點對主纜的約束作用以及吊點力相對于主纜截面中心的偏心而產(chǎn)生的偏心扭矩的作用，造成主纜截面的扭轉(zhuǎn)，而且，該扭轉(zhuǎn)角度與預(yù)期的理論計算結(jié)果存在較大的差異，甚至在主纜上靠近主塔的位置會出現(xiàn)局部反扭的情形。

2、本文以杭州江東大橋為研究背景，主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　 (1)進行了空間主纜扭轉(zhuǎn)縮尺比例模型試驗。參考國內(nèi)外已有理論進行了物理量相似比例的推導(dǎo)，闡述了模型制作過程中一些細節(jié)問題的處理方法以及若干具體的試驗實現(xiàn)手段，為成功進行模型試驗奠定了基礎(chǔ);
　　 (2)研究提出用梁單元模擬主纜。考慮到一般的桿單元與索單元無法模擬主纜的抗扭性能，為了分析主纜的扭轉(zhuǎn)力學(xué)行為，研究采用BEAM44單元則有可能。為論述該單元抗彎剛度的

3、取值問題，本文建立考慮抗彎剛度的索結(jié)構(gòu)的平衡方程，并進行了方程的求解，結(jié)果說明了抗彎剛度取值足夠小的梁單元的受力特點接近于索單元這一現(xiàn)象。
　　 (3)建立主纜截面抗扭剛度與空間受力狀態(tài)之間的解析關(guān)系。主纜受扭初始階段，主纜的索股可以考慮為相互分離，截面的抗扭剛度很小。隨著吊桿橫向張拉的持續(xù)進行，索股之間會出現(xiàn)比較明顯的擠壓和錯動效應(yīng)，主纜的整體性得到增強，截面抗扭剛度增強。隨著主纜扭轉(zhuǎn)程度的不斷加深，主纜抗扭剛度不斷增大以此抵

4、抗主纜的扭轉(zhuǎn)，最終達到結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)受力平衡。主纜的扭轉(zhuǎn)變形的發(fā)展與主纜截面的抗扭剛度之間存在相互影響的耦合關(guān)系。主纜索股之間的相對錯動可能導(dǎo)致其扭轉(zhuǎn)角度和方向與將主纜截面當(dāng)作圓截面進行計算得到的結(jié)果不同。本文將通過模型試驗和數(shù)值計算驗證這一判斷的正確性。
　　 (4)本文試圖得到主纜空間受力過程中扭轉(zhuǎn)角度的計算圖示，通過數(shù)學(xué)解析方法建立起主纜抗扭剛度與單元受力狀態(tài)之間的關(guān)系。然后用ANSYS軟件對模型吊桿張拉過程進行仿真計算，考慮