脉动风和车辆荷载联合作用下中央扣对悬索桥吊索疲劳损伤的影响

作     者：严磊 李嘉隆 何旭辉 YAN Lei;LI Jialong;HE Xuhui

作者机构：中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中南大学轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室湖南长沙410075 

出 版 物：《中南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Central South University:Science and Technology)

年 卷 期：2023年第54卷第4期

页      面：1393-1406页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：湖南省自然科学基金资助项目(2020JJ5754) 国家自然科学基金资助项目(52178516,51925808,51808563) 桥梁结构抗风技术交通行业重点实验室开放课题(KLWRTBMC18-03) 

主　　题：悬索桥 风-车-桥耦合振动 中央扣 动力特性 缆梁相对位移 疲劳损伤 

摘      要：以杭瑞洞庭大桥为研究对象,建立设置中央扣和无中央扣的大跨度悬索桥有限元模型,研究中央扣对悬索桥跨中短吊索疲劳损伤的影响。首先,采用谐波合成法生成大桥桥址处的脉动风场,采用Monte Carlo法模拟随机车流样本,基于ANSYS软件建立风-车-桥耦合振动分析模型,分析桥梁结构在脉动风和车辆荷载单独与联合作用下的动力响应;其次,采用雨流计数法统计跨中短吊索的应力时程,得到吊索的应力幅值、应力均值和循环次数;最后,基于Miner损伤线性累计理论分析中央扣对跨中短吊索的等效总应力幅值和疲劳损伤度的影响。研究结果表明:中央扣对悬索桥竖弯刚度影响较小,但会提高悬索桥的纵飘刚度和反对称扭转刚度,显著减小荷载作用下缆梁相对位移和跨中短吊索的弯曲应力;中央扣不会改变脉动风荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,但会改变车辆荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,并显著降低缆梁相对位移对车速的敏感性;在脉动风和车辆荷载联合作用下,跨中短吊索的等效总应力幅值小于脉动风和车辆荷载单独作用下等效应力幅值的叠加值;在脉动风和车辆荷载联合作用下,中央扣会显著减小跨中短吊索尤其是靠近中央扣位置处吊索的等效总应力幅值和疲劳损伤度。因此,中央扣可以有效提高悬索桥跨中短吊索的疲劳寿命。