考虑抗弯和抗扭刚度的平行钢丝缆索分析模型及其应用
发布时间：2021-08-31 19:55
缆索结构通常不考虑抗弯和抗扭刚度,然而相关研究表明,在某些情况下忽略缆索的抗弯与抗扭刚度会带来不可忽视的误差,因此对该问题需要进一步深入研究,为工程应用提供理论依据。本文首先考虑平行钢丝缆索的钢丝间滑移影响,把平行钢丝缆索的弯曲问题转化考虑层间滑移的多层组合梁平面应力问题,提出考虑钢丝间滑移效应的平行钢丝缆索弯曲问题的分析模型,然后采用状态空间法求解,获得缆索弯曲变形特性和应力沿截面的分布,并根据已有的试验结果标定了模型中的相关参数。然后研究了考虑钢丝间滑移影响的平行钢丝缆索的抗弯刚度。为此,提出了允许层间滑移的多层组合梁模型,导出了控制方程,并求得了挠度的解析解,进而通过折减刚度法得到缆索的等效抗弯刚度;结合已有的试验数据,标定得到了钢丝间抗滑刚度与截面平均拉应力的线性关系。通过参数分析,给出了几种常用平行钢丝缆索截面在不同平均拉应力和不同长度下的等效抗弯刚度,分析了抗弯刚度对缆索自振频率的影响。接着分析了考虑钢丝间滑移影响的平行钢丝缆索的抗扭刚度。缆索扭转时截面的翘曲变形导致钢丝间的相对滑移,忽略这种相对滑移会过高地估计截面的抗扭刚度。本文采用虚拟弹簧模拟钢丝间的相互作用,采用变分...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１钢丝极哏粘结状态与对应抗弯刚度??Ｆｉｇ．?１．１?Ｅｘｔｒｅｍｅ?ｂｏｎｄｉｎｇ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｗｉｒｅｓ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ?ｂｅｎｄｉｎｇ?ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ??
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面应力模型的建立与状态方程的推导??Ａ?＼?ｂ＇?＾４?＇工?｜?ｇ，??Ｋ?—?，?Ｉ?／；：?－＾－４?，?￡，?＝＊，￡■；?＇ｈ?—???ｈ??．?ｒＪ?；?１?（／?＝?１，２，？？－，？）?：?：??Ａ?＼?ｂ＇￣．?Ｅ，ｉ?￣．?＞?ｈ，?Ｅ：??！?：?！?：?：?！??Ｉ?．?Ｉ?Ｉ?．?Ｉ??＂Ｉ?Ｈ，?＿［」?｜?Ａ—，??欠上??Ｋ＿＼?乂上?Ｅｎ??＼￣￣＾￣￣Ｉ?＾－４??（ａ）?（ｂ）??图２．３多层组合截面与等效的宽度为１的截面??Ｆｉｇ．?２．３?Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｅｄ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ｃｏｎｓｔａｎｔ?ｗｉｄｔｈ??图２．３（ａ）可以经过等效变成图２．３（ｂ）的形式，使其变成一个平面应力问题。为了让这两??个截面等效，每层的轴向刚度凡４和抗弯刚度￡／都需保持不变。为此，要将原来的弹性模??量尽（／?＝１，２，．．．，《）转换成等效的弹性模量￡＂，？二夂五，（／?＝?１，２，…，／？），且每层的层局保持不变，??通过上述的等效方法，使每层截面都保持了原截面的轴向抗拉刚度和抗弯刚度，即有??五，４?＝６，．￡■＞，＋?＝？?和乓乃＝?？?（ｆ?＝?ｌ，２，…，》）。这样图?２．３（ａ）的截面和图?２．３（ｂ）??的截面在一维梁理论中等效。端部初始轴向张拉力可以通过如图２．４所示的方式进行等效??变换。??ｆ－?Ｌ－?＆?／??＾ｒＯ??：?ｉ?＿／＝１、?｜?■?Ｉ?■??：?ｉ??＜—?＾?Ｔ?ｈ
【参考文献】：
期刊论文
[1]双塔单跨悬索桥空间主缆扭转性能数值分析[J]. 李游,李传习,曹水东,曾宇环,高辰. 北京交通大学学报. 2018(04)
[2]基于细长梁单元的悬索桥主缆线形分析[J]. 严琨,沈锐利. 计算力学学报. 2016(03)
[3]空间缆索悬索桥主缆扭转的模型试验[J]. 齐东春,汪洪星. 铁道建筑. 2016(02)
[4]基于振动频率法和优化功能的斜拉索索力测试研究[J]. 闫维明,许晓建,李勇,陈彦江. 公路交通科技. 2015(11)
[5]考虑拉扭耦合效应的空间主缆扭转计算方法[J]. 齐东春,沈锐利,刘章军,陈舟. 长安大学学报(自然科学版). 2015(06)
[6]考虑主缆抗弯刚度的自锚式悬索桥成桥状态力学性能分析[J]. 刘建,秦祖品,柯红军. 公路与汽运. 2015(05)
[7]基于初弯曲梁单元的大跨度悬索桥主缆弯曲刚度分析[J]. 严琨,沈锐利,王涛,唐茂林. 公路交通科技. 2015(03)
[8]基于频率法的平行钢绞线索索力测试研究[J]. 孙增寿,赵云鹏,秦磊. 铁道科学与工程学报. 2014(03)
[9]频率法计算匀质竖直拉索索力的实用公式[J]. 孙永明,孙航,任远. 工程力学. 2013(04)
[10]组合梁挠度计算的改进折减刚度法[J]. 徐荣桥,陈德权. 工程力学. 2013(02)
博士论文
[1]大跨度桥梁索结构丝股分离与滑移机理及其力学行为的研究[D]. 张卓杰.华南理工大学 2016
[2]大跨度悬索桥空间几何非线性分析与软件开发[D]. 唐茂林.西南交通大学 2003
硕士论文
[1]平行钢丝索股的非线性弯曲特性研究[D]. 曾发全.西南交通大学 2017
[2]空间主缆自锚式悬索桥扭转特性与扭转效应试验研究[D]. 刘智侃.长沙理工大学 2015
[3]自锚式悬索桥平行钢丝主缆扭转模型试验研究[D]. 肖光清.长沙理工大学 2014
[4]独塔空间主缆自锚式悬索桥缆索系统施工计算分析[D]. 王建金.浙江大学 2014
[5]自锚式悬索桥空间主缆扭转力学行为分析与研究[D]. 陈思阳.长沙理工大学 2013
[6]斜拉索内钢丝间联合工作模式对局部弯曲应力的影响[D]. 李红.重庆交通大学 2011
[7]基于分层滑移模型的斜拉索弯曲应力分析[D]. 谢宜.重庆交通大学 2009
[8]考虑分层滑移的斜拉索弯曲应力分析[D]. 林坤.重庆交通大学 2008
本文编号：3375519
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１钢丝极哏粘结状态与对应抗弯刚度??Ｆｉｇ．?１．１?Ｅｘｔｒｅｍｅ?ｂｏｎｄｉｎｇ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｗｉｒｅｓ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ?ｂｅｎｄｉｎｇ?ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ??
?２．２．２层间变形假设??本文提出的分析模型最大特点在于考虑了平行钢丝缆索截面的姐合特性。滑移层的作??用力根据抗滑刚度的大小与滑移量成正比，这类似于部分粘结组合梁分析中的层间滑移假??设，如图２．２所示，图中匕．，七和Ａｗ，分别表示第ｒ滑移层的层间作用力、层间抗滑刚度和??层间滑移量。这与众多研究者提出的滑移层作用力是库伦摩擦力的模型不同（Ｆ〇ｔｉ和??Ｍａｒｔｉｎｅｌｌｉ?２０１６ａ，２０１６ｂ；?Ｈｏｎｇ?等?２００５；?Ｋｎａｐｐ?和?Ｌｉｕ?２００５；?Ｐａｐａｉｌｉｏｕ?１９９７），也与现有的平??行钢丝缆索分层滑移模型（林坤２００８；谢宜２００９）不同。??
面应力模型的建立与状态方程的推导??Ａ?＼?ｂ＇?＾４?＇工?｜?ｇ，??Ｋ?—?，?Ｉ?／；：?－＾－４?，?￡，?＝＊，￡■；?＇ｈ?—???ｈ??．?ｒＪ?；?１?（／?＝?１，２，？？－，？）?：?：??Ａ?＼?ｂ＇￣．?Ｅ，ｉ?￣．?＞?ｈ，?Ｅ：??！?：?！?：?：?！??Ｉ?．?Ｉ?Ｉ?．?Ｉ??＂Ｉ?Ｈ，?＿［」?｜?Ａ—，??欠上??Ｋ＿＼?乂上?Ｅｎ??＼￣￣＾￣￣Ｉ?＾－４??（ａ）?（ｂ）??图２．３多层组合截面与等效的宽度为１的截面??Ｆｉｇ．?２．３?Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｅｄ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ｃｏｎｓｔａｎｔ?ｗｉｄｔｈ??图２．３（ａ）可以经过等效变成图２．３（ｂ）的形式，使其变成一个平面应力问题。为了让这两??个截面等效，每层的轴向刚度凡４和抗弯刚度￡／都需保持不变。为此，要将原来的弹性模??量尽（／?＝１，２，．．．，《）转换成等效的弹性模量￡＂，？二夂五，（／?＝?１，２，…，／？），且每层的层局保持不变，??通过上述的等效方法，使每层截面都保持了原截面的轴向抗拉刚度和抗弯刚度，即有??五，４?＝６，．￡■＞，＋?＝？?和乓乃＝?？?（ｆ?＝?ｌ，２，…，》）。这样图?２．３（ａ）的截面和图?２．３（ｂ）??的截面在一维梁理论中等效。端部初始轴向张拉力可以通过如图２．４所示的方式进行等效??变换。??ｆ－?Ｌ－?＆?／??＾ｒＯ??：?ｉ?＿／＝１、?｜?■?Ｉ?■??：?ｉ??＜—?＾?Ｔ?ｈ
【参考文献】：
期刊论文
[1]双塔单跨悬索桥空间主缆扭转性能数值分析[J]. 李游,李传习,曹水东,曾宇环,高辰. 北京交通大学学报. 2018(04)
[2]基于细长梁单元的悬索桥主缆线形分析[J]. 严琨,沈锐利. 计算力学学报. 2016(03)
[3]空间缆索悬索桥主缆扭转的模型试验[J]. 齐东春,汪洪星. 铁道建筑. 2016(02)
[4]基于振动频率法和优化功能的斜拉索索力测试研究[J]. 闫维明,许晓建,李勇,陈彦江. 公路交通科技. 2015(11)
[5]考虑拉扭耦合效应的空间主缆扭转计算方法[J]. 齐东春,沈锐利,刘章军,陈舟. 长安大学学报(自然科学版). 2015(06)
[6]考虑主缆抗弯刚度的自锚式悬索桥成桥状态力学性能分析[J]. 刘建,秦祖品,柯红军. 公路与汽运. 2015(05)
[7]基于初弯曲梁单元的大跨度悬索桥主缆弯曲刚度分析[J]. 严琨,沈锐利,王涛,唐茂林. 公路交通科技. 2015(03)
[8]基于频率法的平行钢绞线索索力测试研究[J]. 孙增寿,赵云鹏,秦磊. 铁道科学与工程学报. 2014(03)
[9]频率法计算匀质竖直拉索索力的实用公式[J]. 孙永明,孙航,任远. 工程力学. 2013(04)
[10]组合梁挠度计算的改进折减刚度法[J]. 徐荣桥,陈德权. 工程力学. 2013(02)
博士论文
[1]大跨度桥梁索结构丝股分离与滑移机理及其力学行为的研究[D]. 张卓杰.华南理工大学 2016
[2]大跨度悬索桥空间几何非线性分析与软件开发[D]. 唐茂林.西南交通大学 2003
硕士论文
[1]平行钢丝索股的非线性弯曲特性研究[D]. 曾发全.西南交通大学 2017
[2]空间主缆自锚式悬索桥扭转特性与扭转效应试验研究[D]. 刘智侃.长沙理工大学 2015
[3]自锚式悬索桥平行钢丝主缆扭转模型试验研究[D]. 肖光清.长沙理工大学 2014
[4]独塔空间主缆自锚式悬索桥缆索系统施工计算分析[D]. 王建金.浙江大学 2014
[5]自锚式悬索桥空间主缆扭转力学行为分析与研究[D]. 陈思阳.长沙理工大学 2013
[6]斜拉索内钢丝间联合工作模式对局部弯曲应力的影响[D]. 李红.重庆交通大学 2011
[7]基于分层滑移模型的斜拉索弯曲应力分析[D]. 谢宜.重庆交通大学 2009
[8]考虑分层滑移的斜拉索弯曲应力分析[D]. 林坤.重庆交通大学 2008
本文编号：3375519
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