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超大跨徑CFRP主纜懸索橋靜力性能理論分析

2018-03-26　

 　　現(xiàn)代懸索橋主纜一般都采用鋼索，而纜索體系的纜索材料用量隨跨度的平方增長。如果采用傳統(tǒng)的鋼索，主纜的自重將特別可觀，其自重應(yīng)力將消耗掉容許應(yīng)力的相當(dāng)大部分，承載效率會非常低[1]。另外，銹蝕也是鋼索耐久性面臨的嚴(yán)峻問題之一。正是由于鋼索的這些缺陷限制了現(xiàn)代懸索橋向超大跨徑的發(fā)展。碳纖維復(fù)合材料（簡稱CFRP）具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐疲勞等特點(diǎn)。這些性能特點(diǎn)說明CFRP很有可能代替鋼材成為主纜用材，很多學(xué)者對用CFRP的橋用性能進(jìn)行了研究。

 　　Meier[2]提出了CFRP用于橋梁纜索體系的思想并在Stork橋上首次應(yīng)用CFRP索，對該橋長期的跟蹤監(jiān)測表明，CFRP索的測試結(jié)果超過了預(yù)期效果。呂志濤等[3]在江蘇大學(xué)建設(shè)了首座CFRP索斜拉橋。在理論研究方面，Wang等[45]研究了CFRP、BFRP、B/SFRP等6種不同組成成分的FRP力學(xué)性能和疲勞性能，從拉索強(qiáng)度和等效剛度的基礎(chǔ)上，評估了各種CFRP拉索的安全因子，分析了這6種千米級CFRP拉索的適用范圍。李翠娟等[6]利用有限元分析軟件對超大跨徑CFRP主纜懸索橋與超大跨徑鋼主纜懸索橋的靜動(dòng)力特性進(jìn)行對比分析；齊玉軍等[7]研究了FRP索和鋼索的極限跨徑計(jì)算；馬文剛等[8]利用有限元軟件對CFRP索和鋼索懸索橋靜力性能進(jìn)行了對比研究。

 　　以上文獻(xiàn)，多基于有限元方法建立懸索橋模型，分析CFRP懸索橋的力學(xué)特性，基于理論方法的研究CFRP懸索橋的文獻(xiàn)尚未見到。

 　　中小懸索橋以索梁分析為主，大跨徑懸索橋分析回歸到纜索分析。Irvine[9]、Gimsing[10]、Algirdas等[11]基于公式方法研究了纜索力學(xué)特征，本文綜合了以上學(xué)者的方法，對比鋼索，研究了CFRP索不同跨度、不同矢跨比下的特征參數(shù)的變化規(guī)律，以及特征參數(shù)及荷載參數(shù)變化對懸索索力和位移控制方程的影響，從理論上綜合分析了懸索強(qiáng)度、比重等材料參數(shù)，拉索跨度、矢高、截面積等幾何參數(shù)，以及恒活載集度比例、作用位置等參數(shù)對大跨度纜索靜力性能影響的規(guī)律，在理論上證明了CFRP懸索體系的優(yōu)勢和特點(diǎn)。

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