拱桥吊杆张力测试方法研究

发布时间：2020-09-08 08:13

　　中、下承式拱桥是一种应用广泛的新型桥梁,以其良好的跨越能力和美观的造型设计,受到广大设计者的青睐。但是国内外近些年出现了多起拱桥垮塌事故,造成了较多的人员伤亡以及较大的经济损失。据统计大多数事故主要是由于拱桥吊杆的锚固失效、拱桥吊杆锈蚀断裂等原因造成的。吊杆作为中下承式拱桥主要的承重构件,在一定程度上决定了中下承式拱桥的安全和寿命。故对中下承式拱桥吊杆张力识别具有重要的研究意义。本文以郑州刘江黄河大桥为研究背景,对中下承式拱桥吊杆张力识别问题进行研究,论文主要研究内容和结论如下:(1)介绍了吊杆索力测定方法,并从工作原理、适用范围、精度要求以及优缺点等方面进行了对比分析,说明了现阶段实际工程中多采用的振动频率法在测试精度方面存在的问题。(2)运用结构动力学原理,考虑了吊杆转动约束、抗弯刚度及黏性护套等复杂边界条件对吊杆张力识别的影响,建立了吊杆张力计算模型,给出了吊杆张力与振动频率的解析表达式。为便于工程应用,提出了边界影响系数概念,采用分段拟合法给出了任意转动约束刚度下吊杆张力实用计算表达式。以刘江黄河大桥为例,验证了解析表达式的准确性;利用吊杆两次张拉数据对比可知,解析表达式与实用表达式计算精度相近,但实用表达式克服了解析表达式计算繁琐等缺点,凸显了实用表达式计算简便,实用性强等优点,具有更强的工程应用价值。(3)建立了考虑转动约束、抗弯刚度及弹性支承等边界条件影响下的吊杆振动模型,并推导出吊杆张力隐式表达式,由于计算复杂,故利用吊杆动力反应推导出吊杆张力显示表达式。通过对吊杆边界参数的识别,计算出反映转动约束的嵌固系数B_1、B_2,以及反映弹性支承的参数k,此方法可避免吊杆转动约束和弹性支承的数值计算。通过参数识别结果,根据吊杆张力显示表达式进行吊杆张力识别,验证该表达式高精度以及实用性强的优点。(4)综合考虑了抗弯刚度、长度、减振垫、附加质量、弹性支承、黏性护套、环境温度等多因素的影响,建立了复杂边界条件下吊杆张力计算模型,给出了吊杆张力与振动频率之间的关系式。根据边界条件定义影响系数,并针对不同边界条件计算拱桥吊杆边界影响系数,给出了考虑黏性护套、环境温度与吊杆边界条件的吊杆张力实用表达式。以刘江黄河大桥进行了实例验证,表明了在运营期测试吊杆张力时,环境温度的影响不可忽略。同时体现了边界影响系数法给出的实用表达式对吊杆张力识别具有精度高、应用广泛等特点。
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U446;U448.22
【部分图文】：

赵州桥

1 绪论究背景及意义着现代交通事业的快速发展，桥梁变为重要交通要道的一部分，其建设也期。设计者对桥梁的要求开始变得越来越高，从原来的低强、笨重和小跨盈、高强和大跨度。斜拉桥、中下承式拱桥和悬索桥等具有较好的跨越能型设计等特点，得到了广大设计者的赞赏。拱桥而言，其最早出现在我国 1800 多年前的东汉时期，且至今保存最完单孔敞肩石拱桥名为赵州桥，见图 1-1，其距今已有 1400 多年的历史[1]。有伟大的历史意义[2]，推动了世界桥梁的发展。在古代前期拱桥结构一般随着社会的发展和进步，其结构和材料发生了变化，出现了砖拱桥、石拱桁架拱桥、钢筋混凝土拱桥以及钢管混凝土拱桥等[3]。本文主要以中、下土拱桥为背景，对拱桥吊杆测试方法进行研究。

金沙江,吊杆,垮塌

华北水利水电大学硕士学位论文月，重庆綦江彩虹桥垮塌事故，造成 40 人遇难的特大质量事故[5]；2001 年 11 月，四宜宾金沙江南门大桥由于吊杆的断裂，造成坍塌；2011 年 7 月，福建武夷山公馆大由于吊杆疲劳断裂导致桥体垮塌，引起 1 人遇难，22 人受伤的重大事故；2012 年 4 月新疆库尔勒孔雀河大桥由于 4 根吊杆突然断裂，导致桥面结构垮塌，造成巨大的经济失；2012 年 12 月，四川攀枝花金沙江大桥由于吊杆断裂导致桥面塌陷，造成一定的济损失。上述这些事故都造成了严重的人员伤亡和经济损失[6]。

武夷山,吊杆,金沙江,垮塌

宜宾金沙江南门大桥由于吊杆的断裂，造成坍塌；2011 年 7 月，福建武夷山公馆大由于吊杆疲劳断裂导致桥体垮塌，引起 1 人遇难，22 人受伤的重大事故；2012 年 4 月新疆库尔勒孔雀河大桥由于 4 根吊杆突然断裂，导致桥面结构垮塌，造成巨大的经济失；2012 年 12 月，四川攀枝花金沙江大桥由于吊杆断裂导致桥面塌陷，造成一定的济损失。上述这些事故都造成了严重的人员伤亡和经济损失[6]。图 1-2 金沙江南门大桥Fig1-2 Jinsha River South Gate Bridge

【参考文献】