AS法成缆索股鞍座的摩擦滑移及索股力沿鞍槽纵向分布规律研究

作     者：陈鑫 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈锐利

授予年度：2021年

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] 

主      题：AS法 主缆抗滑移 模型试验 ABAQUS/Explicit 索股传力 隔板厚度 分段滑移 

摘      要：随着国内悬索桥设计建造水平的快速提升,我国建成了一系列不同跨度及结构体系的悬索桥。目前国内已建成的悬索桥都采用了预制平行索股即PPWS法,阳宝山特大桥是国内首座采用空中纺线即AS法施工的悬索桥,AS法施工单根索股钢丝数量远大于PPWS法,造成索鞍槽路比常规的索鞍偏大,宽槽路厚隔板下索股鞍座间的抗滑移性能需要通过模型试验进行评估,本文以阳宝山特大桥为背景,通过模型试验和数值模拟探讨了宽槽路下索股滑移规律及隔板厚度对鞍座抗滑移性能的影响。另外,现有研究对于鞍槽内索股力的传递及分配鲜有提及,论文借助于索股鞍座滑移试验平台,探讨了不平衡力在鞍槽纵向的传递分配特征,并基于ABAQUS/Explicit计算器,从钢丝层面研究了钢丝应力传递分配随摩擦滑移的变化规律,主要内容及结论如下:(1)利用ABAQUS/Explicit计算器,选择合适的网格密度与质量放大因子,沿钢丝纵向均匀选择测点,提取不同加载步下各测点的应力增量,结果表明:新增索力在钢丝之间按所受摩擦力的比例分配,随着索力增大,应力增量由索力增加端逐步向索力不变端传递,应力增量传递至拉力不变端时对应于该钢丝的滑移时刻,钢丝的滑移会带动钢丝间索力重分配,直到所有钢丝滑移,最终表现为各钢丝两端应力差趋于不变;钢丝滑移时,其内力沿纵向为线性分布,由欧拉公式计算得出的各分段名义摩擦系数虽有波动但差异不大;钢丝数量越多,摩擦系数越大索力传递单位长度所需的增量越大,即单位长度的摩擦力越大,且钢丝内力沿鞍槽纵向的分布不受二者影响,仍接近于线性分布。(2)利用索股鞍座摩擦滑移的试验平台,选取平顺的钢丝沿槽路纵向布置应变片,测试应力增量随不平衡力的变化规律,试验结果显示:靠近紧边的测点应力增量为正,靠近松边的测点应力增量为负,且越靠近两端的测点应力增速越大;索股发生滑移时,应力增速开始减慢,各测点应力增量曲线斜率基本同步减小,说明了索股沿鞍槽纵向的滑移是索长范围内同时发生的;不平衡力在传递过程中需要克服摩擦力,从两端到中间应力增量逐渐减小,到索股滑移时,应力增量沿索长基本呈直线分布;且索股所受摩擦力越大,应力传递单位距离所需的索力增量越大。(3)通过设计两端同步张拉至恒载,张拉鞍座使其转动进而产生不平衡力的试验,测试分析得到:索股两侧的索力差在加载初期随鞍座拉力增大而呈线性增大,且下层索股的索力差增速大于上层索股,证明不平衡力的分配与所受的摩擦力成正相关;随着不平衡力的快速增大,索股两侧的索力差增长速度逐渐减缓,且索力差明显有从上层到下层逐步趋于平缓的趋势;对比5mm隔板和10mm隔板两种工况下的索股位移曲线,结果显示:10mm隔板下索股的名义摩擦系数普遍大于5mm隔板工况,说明隔板厚度与其提供的抗滑移能力成正相关;利用ABAQUS精细化模拟了索股与鞍槽的接触滑移,并针对隔板侧向变形状态,分为约束侧向变形和侧向自由两类,建立了单槽路34钢丝的ABAQUS计算模型,计算结果印证了10mm隔板的鞍槽抗滑移性能好于5mm隔板的鞍槽;且ABAQUS模型从钢丝层面也显示了分层滑移模式。(4)在已有主缆鞍座摩擦滑移计算程序的基础上,考虑索股力沿鞍槽的纵向分布,利用分段迭代的方法更新每一个分段的索股力,在验证迭代程序正确性的基础上,进行多分段计算,结果表明:在滑移过程中索力沿纵向基本呈线性分布,在分段足够多的情况下,单位长度的摩擦力逐渐趋于一个稳定值;按照分段滑移程序计算得到的极限滑移时各级名义摩擦系基本上处于试验测试值和整体滑移计算值之间,证明由相对位移曲线斜率判断得到的滑移时刻更接近于索股分段的极限滑移。并根据分段滑移程序对阳宝山特大桥索鞍抗滑移性能进行评估。