拱桥吊杆承载能力计算方法及锈蚀钢丝力学特性研究

发布时间：2017-08-30 21:49

  本文关键词：拱桥吊杆承载能力计算方法及锈蚀钢丝力学特性研究

  更多相关文章： 吊杆 摩擦力试验 残余承载能力 锈蚀 应力历史 拉伸试验 有限元计算 断口形貌

【摘要】：吊杆是中下承拱桥的重要传力构件,其性能直接影响拱桥的使用安全。近些年因拱桥坍塌事故频繁发生引起了广大科技工作者者对吊杆使用寿命的关注。然而,目前对吊杆的工作性能仍未得到充分认识,定期更换吊杆为最常使用的吊杆承载能力维护手段。随着越来越多的拱桥吊杆服役时间超过10年,我国正逐步进入吊杆更换的高峰期,建立吊杆更换判断基准对降低桥梁维护成本、确保桥梁安全使用功能具有极为重要的意义。本文通过退役吊杆的摩擦力试验研究钢丝之间的摩擦特性,基于纤维束理论提出考虑钢丝间摩擦影响的吊杆承载能力计算方法,分析吊杆断丝时钢丝的应力重分布特性以及残余承载能力；通过层间相对位移指标分析吊杆的断丝时应力重分布机理,并探讨摩擦对吊杆拉伸性能的影响；基于钢丝锈蚀分级研究腐蚀吊杆残余承载能力特性,为损伤吊杆的维护及更换提供理论依据。此外,通过设计钢丝的持力试验获得应力腐蚀钢丝,根据不同条件下的锈蚀钢丝拉伸试验结果讨论锈蚀程度及应力历史对钢丝力学特性的影响,并比较分析腐蚀钢丝的微观断口形貌,讨论断裂机理以及应力历史对钢丝力学性能的影响。本文研究主要得到以下几点结论：1)获得了吊杆钢丝之间的摩擦力特性,单位长度摩擦力刚度在0.16～0.20kN/mm2之间变化,均值为0.19kN/mm2;峰值单位长度摩擦力均值为22.22kN/m；2)吊杆断丝后截面内剩余钢丝较均匀地分担断丝损失的张力；断丝后随着离断裂点的距离增加,张力呈线性恢复,指定断丝时距离断丝点1.5m可恢复至断丝前水平的95%左右,且张力恢复不随断丝钢丝所在层数的变化而改变；3)假定锈蚀吊杆拉伸断丝率达到5%时作为极限状态,当考虑摩擦影响时,吊杆拉伸承载能力计算结果略大于不考虑摩擦影响的值,而吊杆延性偏低；4)腐蚀吊杆断丝时的承载能力及延性随着钢丝锈蚀程度的增加而降低；锈蚀程度越高,其断丝钢丝的承载能力越弱,断丝钢丝的张力恢复能力越低；5)锈蚀程度不同的钢丝断口形貌相似,由纤维区、放射区和剪切唇区组成,且呈杯口形的韧性断裂形貌。轻度锈蚀钢丝的放射区小,说明具有良好的塑性变形能力；严重锈蚀钢丝放射区中放射线呈深凹凸状,断裂时发生瞬间撕裂,呈脆性；6)经历10个月持续张拉的锈蚀钢丝拉伸性能与不进行张拉的钢丝无明显差异,在室内干燥环境中应力历史对钢丝的拉伸性能影响不明显,未发现应力腐蚀现象。
【关键词】：吊杆 摩擦力试验 残余承载能力 锈蚀 应力历史 拉伸试验 有限元计算 断口形貌
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441;U448.22
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1 绪论13-33
• 1.1 研究背景及意义13-16
• 1.1.1 研究背景13-16
• 1.1.2 研究意义16
• 1.2 拱桥吊杆的基本组成16-20
• 1.3 拱桥吊杆的主要病害形式20-23
• 1.3.1 钢丝病害的主要病害形式20-22
• 1.3.2 锚固体系的主要病害形式22-23
• 1.4 研究现状23-30
• 1.4.1 吊杆承载能力计算方法23-25
• 1.4.2 平行钢丝索摩擦参数研究25
• 1.4.3 平行钢丝索断丝时的力学特性25-28
• 1.4.4 腐蚀高强度钢丝拉伸力学性能研究28-30
• 1.5 现有研究存在的不足30-31
• 1.6 本文的主要研究工作31-33
• 2 吊杆钢丝间的摩擦力试验33-43
• 2.1 概述33
• 2.2 摩擦力试验33-35
• 2.3 试验结果35-41
• 2.3.1 钢丝顶推试验的荷载-位移曲线35-38
• 2.3.2 摩擦参数的线性拟合38-39
• 2.3.3 内外层钢丝的摩擦特性对比39-41
• 2.4 本章小结41-43
• 3 吊杆断丝时的力学特性及承载能力分析43-57
• 3.1 概述43
• 3.2 引入摩擦单元的串并联模型43-46
• 3.2.1 基本假定45
• 3.2.2 计算方法45-46
• 3.3 吊杆模型计算参数46-47
• 3.4 吊杆断丝后内力重分布47-52
• 3.4.1 特定钢丝断丝时吊杆内力重分布47-51
• 3.4.2 不均匀断丝时吊杆内力重分布51-52
• 3.4.3 内力重分布机理52
• 3.5 不均匀断丝时吊杆剩余承载能力52-53
• 3.6 单元长度对吊杆承载能力计算影响53-55
• 3.6.1 吊杆荷载位移曲线53-55
• 3.6.2 吊杆极限承载能力评价55
• 3.7 本章小结55-57
• 4 考虑钢丝锈蚀的吊杆断丝力学特性57-63
• 4.1 概述57
• 4.2 钢丝锈蚀分级标准57-58
• 4.3 不同锈蚀等级下的吊杆断丝力学特性58-61
• 4.3.1 不同锈蚀等级下吊杆断丝内力重分布58-61
• 4.3.2 不同锈蚀等级下吊杆断丝承载能力61
• 4.4 本章小结61-63
• 5 高强度退化钢丝应力腐蚀试验研究63-71
• 5.1 概述63
• 5.2 服役吊杆钢丝状况63-66
• 5.2.1 桥梁概况63-64
• 5.2.2 原状钢丝锈蚀分布特征64-65
• 5.2.3 钢丝弯曲韧性65-66
• 5.3 退化钢丝应力腐蚀试验66-70
• 5.3.1 钢丝持力试验66-67
• 5.3.2 加速锈蚀钢丝锈蚀状况67-70
• 5.4 本章小结70-71
• 6 考虑锈蚀条件及应力历史的钢丝力学特性研究71-80
• 6.1 概述71
• 6.2 锈蚀钢丝静力拉伸破坏结果71-75
• 6.3 锈蚀钢丝断口形貌75-79
• 6.4 本章小结79-80
• 7 结论与展望80-84
• 7.1 全文工作总结80-82
• 7.2 工作展望82-84
• 参考文献84-90
• 作者简介90

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵建世,王忠静,杨华,李涌平,翁文斌;可持续发展的人口承载能力模型[J];清华大学学报(自然科学版);2003年02期

2 王振家;木屋架齿联结承载能力研究之二——影响齿联结承载能力的因素[J];哈尔滨建筑工程学院学报;1980年02期

3 程英华;;“公路旧桥承载能力鉴定方法”评审会[J];公路;1986年12期

4 沈士明;带周向裂纹管道承载能力的研究[J];压力容器;1989年01期

5 李迎春;刘颖;张成龙;;浅谈城市化对水承载能力的影响[J];产业与科技论坛;2012年16期

6 叶鸿瀛;;从养护观点探讨现有木桥的承载能力[J];公路;1965年06期

7 罗培林;;承压杆件、园环、园简壳和球壳承载能力的分析与计算[J];船工科技;1976年02期

8 楼庄鸿;国外旧桥承载能力评定简述[J];公路交通科技;1986年03期

9 周家麟;;整体网格加筋箱体轴、内压承载能力计算[J];强度与环境;1986年01期

10 刘震北;;离心惯性对球环形止推静压油垫承载能力的影响[J];机械;1990年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王勇;;市级学会履行职责拓展职能的承载能力情况调研与思考[A];第25届中西南学会工作研讨会论文集[C];2007年

2 刘坤;蒋恩臣;段洁丽;;草砖承载能力研究[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第一分册[C];2005年

3 黄再满;;复合材料孔边承载能力及其结构优化分析[A];第十一届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];1995年

4 李宏;刘凤秋;董建业;孙启伟;;岩体原地承载能力评价方法初步研究[A];第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集（上册）[C];2006年

5 郝一鸣;汤超;陈秀华;余音;;太阳翼根部铰链副承载能力接触非线性分析[A];中国空间科学学会第七次学术年会会议手册及文集[C];2009年

6 刘沈如;顾明剑;张其林;;受拉锚固节点承载能力的试验研究[A];第四届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2004年

7 刘宁;部国光;;螺栓孔承载能力计算[A];第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2009年

8 芦杰;;对拓宽改建的老桥承载能力评估及使用建议[A];全国城市公路学会第二十次学术年会论文集[C];2011年

9 项贻强;;苏州迅达电梯有限公司主干道桥承载能力的分析及试验研究[A];第七届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ卷）[C];1998年

10 冉嵬;王景全;刘钊;;体外预应力钢-混凝土组合梁抗弯承载能力计算公式及试验研究[A];中国公路学会桥梁和结构工程分会2005年全国桥梁学术会议论文集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 艾蓓;我市提升工业园区承载能力[N];安康日报;2014年

2 记者 夏雪;精心谋划科学施工 提升城市承载能力[N];黑龙江日报;2014年

3 钱炜;旅游景点与“承载能力”[N];中国旅游报;2000年

4 特约记者 刘晓斌;做到“四抓四保”[N];自贡日报;2010年

5 驻站记者 郭景超　通讯员 朱国彦;林西县强化基础设施建设增强产业发展承载能力[N];赤峰日报;2009年

6 张勇 施长发;无为注重提高城镇承载能力[N];农民日报;2003年

7 记者 傅强;落实党风廉政建设责任制两个重要责任 提升承载能力和服务水平加快县城建设[N];沧州日报;2014年

8 记者 戴畅;强力推进各项建设 提高城市承载能力[N];锦州日报;2013年

9 通讯员 刘静 蔡震;筑巢引凤 项目承载能力大提升[N];廊坊日报;2012年

10 记者 程颖;加大开发力度 提高承载能力[N];平顶山日报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 郭志伟;经济承载能力研究——理论、方法与实践[D];东北财经大学;2009年

2 徐文平;既有预应力混凝土梁桥承载能力实桥试验及分析研究[D];东南大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李超;房地产开发承载能力分析[D];首都经济贸易大学;2015年

2 胡萍;电网企业生产作业承载能力评估分析系统的设计与实现[D];电子科技大学;2013年

3 朱禹川;两圆筒间两相流动稳定性及静压滑动轴承流场与性能研究[D];辽宁科技大学;2015年

4 胡玮炜;城市在役双曲拱桥承载能力评定及加固技术研究[D];郑州大学;2014年

5 张婷婷;拱桥吊杆承载能力计算方法及锈蚀钢丝力学特性研究[D];浙江大学;2016年

6 程海鲲;火灾下预应力混凝土箱梁承载能力研究[D];长安大学;2016年

7 葛仁红;含负曲率复合材料加筋壁板的承载能力研究[D];南京航空航天大学;2016年

8 张常伟;加筋板稳定性承载能力的研究[D];上海海事大学;2006年

9 杜昆;深层隧道围岩承载能力定量分析方法研究[D];湖南大学;2014年

10 牛广峰;超重车过桥承载能力评估方法研究[D];河北工业大学;2014年

，

本文编号：761690