《纜索截面非線性靜動力彎曲特性試驗研究及工程套用》是依託西南交通大學，由沈銳利擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：纜索截面非線性靜動力彎曲特性試驗研究及工程套用
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：沈銳利
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
修建大跨度公路、鐵路斜拉橋和懸索橋，需要採用大直徑的纜索（斜拉索或懸索）。大截面纜索彎曲時產生的鋼絲彎曲應力相當顯著,如斜拉索應力腐蝕及疲勞斷絲等問題都與纜索振動時鋼絲彎曲應力過大有關。梁彎曲計算採用的平截面假定，不能準確反映纜索結構彎曲時的受力特性，採用平截面假定模型計算纜索靜動力彎曲內力及應力的誤差比較大。本項研究提出纜索彎曲時的靜動力截面特性與纜索初張力、橫截面約束及彎曲變形大小有關，即纜索的截面彎曲慣性矩不是常數的新觀點，採用大尺寸截面的纜索室內模型靜動力彎矩載入試驗和懸索橋主纜的現場靜力測試，研究纜索截面在不同初始條件下的非線性彎曲變形機理，獲得分別用於計算纜索截面靜動力彎曲變形內力與應力的等效截面彎曲參數曲線，在此基礎上，建立不同初始條件下考慮截面非線性彎曲影響的纜索靜動力精細化分析有限元單元。將研究結果用於大截面纜索結構靜動力非線性分析，以提高纜索結構應力計算精度。
結題摘要
纜索截面彎曲應力對鋼絲的疲勞壽命和應力腐蝕影響非常大，但其大小受索的張力、橫截面的徑向力和彎曲程度的影響顯著，且鋼絲間可能產生滑移，彎曲應力與彎曲變形間呈非線性關係，既有的計算理論不能正確反映索結構彎曲變形與彎曲應力間的關係，因此需要通過試驗來研究其機理，建立各因素對索彎曲應力影響的關係，在此基礎上建立理論分析方法，以使研究成果更直接地套用到工程中。項目基於以上背景，開展了大截面平行鋼絲索在有拉力情況下的彎曲特性試驗研究；基於鋼絲分層滑移的認識，建立了鋼絲彎曲應力計算的非線性精細化計算方法。通過模型試驗、理論模擬和現場測試，項目研究取得成果如下。 利用成功試製的自平衡支架和加力機構，進行了4根平行鋼絲索股在不同拉力、不同徑向力和不同索長條件下的索端彎曲載入下的應力與變形測試。試驗結果表明：平行鋼絲索股將隨彎曲轉角的增大而開始分層滑移，隨著滑移的擴大，索股截面的上下邊緣的應力差隨轉角變化的趨勢減小，說明滑移將降低索股的彎曲應力；索股的初應力、徑向力越大，全滑移時的轉角越大，表明鋼絲索股拉力或徑向力越大，其索股端部受彎曲影響產生的彎曲應力越大；索股自由長度對鋼絲滑移影響比較小，一般超出索股直徑的10倍後，長度幾乎無影響；鋼絲滑移後，索股截面的抗彎剛度大幅度降低，一般僅為未滑移前的1/10或更小；鋼絲的滑移大幅度減小了索股彎曲引起的應力；從課題研究得到的試驗數據，可獲得索股鋼絲滑移前後，索股抗彎剛度與索張力的關係，可為實際索在有張力下的彎曲應力計算提供依據； 基於試驗的認識，建立了平行鋼絲索股分層滑移的精細化計算方法，通過對比61絲索股在各工況時的測試結果與計算結果可見，應力及變形的計算值與測試值一致，表明分層單元模型能夠完全反應索股在拉彎荷載作用下的應力及變形特性； 實際懸索橋鞍座出口處和索夾處彎曲次應力測試及分析表明，基於過去的理論公式計算成橋狀態時的主纜二次應力顯著低於測試值，而基於梁單元計算得到的彎曲應力遠高於實際的次應力，因此應利用分層滑移理論計算才能得到較準確的結果。 理論分析表明，索的抗彎剛度對索振動特性和大幅度振動回響的影響較小。 利用本項目試驗和理論研究的認識，可發展彎曲次應力更小的新型索結構；可建立更準確的索彎曲應力計算方法，為索錨固端更準確的應力分析提供手段。 在基金資助下，課題研究發表有標註的論文12篇，其中EI檢索論文 6篇；培養2名博士研究生。
