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大跨悬索桥缆索系统耐久性的分析研究

作　者: 田继科
导　师: 雷俊卿
学　校: 北京交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 大跨悬索桥耐久性可靠度防腐蚀疲劳寿命有限元分析结构损伤
分类号: U448.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 211次
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内容摘要

我国大跨悬索桥的设计建造技术已经达到世界领先水平,但针对其耐久性问题还缺乏足够研究,且已不能满足大跨悬索桥的快速发展。缆索系统作为大跨悬索桥的主体结构,其耐久性能直接决定了整个悬索桥的安全寿命,因此研究缆索系统耐久性和安全度具有十分重大的意义。本文在已有研究的基础上,主要做了以下工作：1.论述了结构安全可靠度分析理论,运用悬索桥的可靠度分析方法,研究了可靠度分析方法在桥梁结构安全系数设计中的应用；2.研究悬索桥缆索钢丝的化学腐蚀、应力腐蚀机理及其影响因素,对各种防腐蚀手段进行归纳比较,并提出合理的缆索腐蚀防护方案；3.对悬索桥主缆和吊索钢丝的疲劳行为进行探讨,研究缆索钢丝的疲劳断裂特点和规律,分析影响钢丝疲劳的各种因素,并以此为基础论述了基于S-N曲线的疲劳寿命的评估方法,为缆索抗疲劳设计提供依据；4.通过有限元计算,分析了某大跨度地锚式悬索桥的结构受力性能,分析了疲劳荷载标准车不同加载方式下的吊索应力变化规律,归纳总结出用于评价吊索耐久性合理加载方案,并估算该桥的吊索安全寿命；5.研究了结构参数变化对缆索系统受力性能的影响,并分析了随大跨悬索桥服役年限的增加,结构发生损伤时对结构安全性能的影响。计算模拟悬索桥吊索换索过程,总结了换索过程中的结构应力变化,提出合理的吊索换索方案；对悬索桥的主缆和吊索进行精细的养护和维修,增强其耐久性能,是一个长期不间断的系统工程,贯穿在悬索桥的整个使用过程中。这需要建设者以耐久性设计为指导,以防腐蚀和疲劳为基础,在悬索桥服役过程中不断对其进行检查维护,使主缆和吊索处在一个良好的工作状态之中,以实现悬索桥的安全耐久,使之创造更多的社会效益和经济效益。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-13
1 绪论  13-25
  1.1 悬索桥概述  13-18
    1.1.1 悬索桥的发展历史  13-15
    1.1.2 悬索桥的组成和结构特点  15-17
    1.1.3 悬索桥的计算理论概述  17-18
  1.2 悬索桥耐久性问题的提出  18-20
    1.2.1 悬索桥缆索耐久性病害  18-19
    1.2.2 缆索桥梁耐久性病害列举  19-20
  1.3 悬索桥缆索耐久性的研究现状  20-22
    1.3.1 悬索桥结构可靠度的研究  20-21
    1.3.2 缆索体系的腐蚀、疲劳研究  21-22
  1.4 本文研究的意义和研究内容  22-25
    1.4.1 研究意义  22
    1.4.2 本文研究的主要内容  22-25
2 基于耐久性的缆索可靠度理论研究  25-31
  2.1 引言  25
  2.2 结构可靠度基本概念  25-29
    2.2.1 极限状态和极限状态方程  26-27
    2.2.2 失效概率和可靠度指标  27-28
    2.2.3 可靠度分析基本方法  28-29
  2.3 悬索桥的缆索体系安全系数  29-30
    2.3.1 主缆安全系数  29-30
    2.3.2 吊索安全系数  30
  2.4 本章小结  30-31
3 悬索桥缆索系统的腐蚀研究与防护  31-49
  3.1 引言  31
  3.2 缆索的腐蚀机理和影响因素  31-35
    3.2.1 化学腐蚀过程  31-33
    3.2.2 应力腐蚀和疲劳腐蚀  33-34
    3.2.3 腐蚀的影响因素  34-35
  3.3 悬索桥缆索腐蚀的评定及危害  35-39
    3.3.1 均匀腐蚀和局部腐蚀  35-36
    3.3.2 腐蚀钢丝的几何参数分析  36-37
    3.3.3 缆索钢丝的腐蚀评定  37-39
  3.4 悬索桥的主缆防护  39-43
    3.4.1 主缆钢丝和防护材料  39-40
    3.4.2 主缆缠丝和涂装  40-42
    3.4.3 主缆的除湿干燥防护  42-43
  3.5 悬索桥的吊索防护  43-46
    3.5.1 吊索索体防护  44
    3.5.2 吊索安装后的防腐蚀处理  44-45
    3.5.3 吊索防腐新技术探讨  45-46
  3.6 悬索桥锚具和其他结构的防护  46-47
    3.6.1 悬索桥锚具防护  46-47
    3.6.2 锚碇过渡段的防护  47
  3.7 悬索桥缆索使用过程中的检查养护  47-48
    3.7.1 主缆系统的检查和养护维修  47-48
    3.7.2 吊索的检查和养护维修  48
  3.8 本章小结  48-49
4 悬索桥缆索体系的疲劳研究  49-65
  4.1 引言  49
  4.2 疲劳分析基本理论与方法  49-51
    4.2.1 线性累积损伤理论  49-50
    4.2.2 非线性累积损伤理论  50-51
  4.3 吊索钢丝的疲劳分析  51-55
    4.3.1 疲劳荷载谱的确定  51-53
    4.3.2 应力谱和应力时程  53-54
    4.3.3 吊索疲劳分析方法  54-55
  4.4 基于弹性断裂理论的疲劳研究  55-61
    4.4.1 裂纹的分类和影响  56-57
    4.4.2 线弹性断裂理论  57-59
    4.4.3 疲劳裂纹扩展的规律  59
    4.4.4 影响疲劳裂纹扩展的基本要素  59-60
    4.4.5 裂纹扩展三要素的影响因素  60-61
  4.5 荷载作用下的吊索疲劳裂纹扩展  61-63
    4.5.1 吊索疲劳裂纹的扩展过程  61-63
    4.5.2 吊索疲劳裂纹扩展规律  63
  4.6 本章小结  63-65
5 地锚式悬索桥缆索受力和疲劳分析  65-81
  5.1 引言  65
  5.2 桥梁概况  65-66
  5.3 结构模型设计  66-68
    5.3.1 计算模型的建立  66-67
    5.3.2 初始平衡状态的确定  67-68
  5.4 地锚式悬索桥成桥计算  68-71
    5.4.1 荷载及荷载组合  68
    5.4.2 成桥阶段位移计算结果  68-69
    5.4.3 成桥阶段的内力计算  69-70
    5.4.4 成桥阶段的应力计算  70-71
  5.5 吊索的疲劳状态分析  71-79
    5.5.1 吊索疲劳计算方法  71
    5.5.2 疲劳荷载谱的确定  71-72
    5.5.3 合理加载方案的研究  72-79
  5.6 本章小结  79-81
6 结构参数对缆索性能及其耐久性的影响  81-97
  6.1 引言  81
  6.2 主缆损伤对结构受力状态的影响  81-86
    6.2.1 单侧主缆损伤的影响  81-83
    6.2.2 双侧主缆损伤的影响  83-86
  6.3 主塔损伤情况下的结构受力状态  86-87
  6.4 吊索损伤对结构受力状态的影响  87-90
    6.4.1 吊索损伤下的缆索受力状态  87-88
    6.4.2 吊索损伤对吊索疲劳的影响  88-90
  6.5 吊索失效对全桥索力的影响  90-95
    6.5.1 单根吊索失效下的索力变化  91-92
    6.5.2 吊索连续失效下的索力变化  92-93
    6.5.3 吊索对称失效下的索力变化  93-94
    6.5.4 四根相邻吊索失效下的索力变化  94-95
  6.6 本章小结  95-97
7 结论与展望  97-99
  7.1 结论  97-98
  7.2 展望  98-99
参考文献  99-101
作者简历  101-105
学位论文数据集  105

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