论文部分内容阅读
斜拉桥因其外形美观、跨越能力强、结构刚度大等突出优点而在大跨桥梁中受到青睐并广泛采用。拉索是斜拉桥的一个重要受力构件,传统钢拉索由于钢材的极限强度、承载效率以及耐腐蚀性等问题已成为制约斜拉桥跨径的重大因素。碳纤维增强塑料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)具有不锈蚀、无磁性、低松弛性、轻质高强、抗疲劳等优良特性,将CFRP索应用于预应力超大跨斜拉桥,具有较高的研究价值和广阔的应用前景。但是CFRP筋在纵、横向材性上有较大差异,若以CFRP索替代钢索,其锚固性能和锚具设计还存在尚未研究解决的问题。此外,相对于钢索,CFRP索具有质量轻、脆性大、弹性模量低等特点,在恶劣环境下,极易发生风致振动进而导致桥梁破坏。本文依托国家自然科学基金项目—“基于高性能材料CFRP索的超大跨桥梁原型设计与相关问题研究(No.51078170)”,以CFRP索的锚固系统性能和风致振动两个重要方面为研究内容,主要完成了以下工作：(1)对CFRP索锚固系统进行理论分析和试验研究。研究各类型CFRP筋(索)锚固系统性能的适用性,建立适用的理论计算模型,并通过试验检验理论计算模型的准确性。优化设计大吨位CFRP筋(索)锚具,提供设计和应用建议。(2)基于流固耦合理论研究了CFRP拉索的风致振动特性。基于流固耦合理论建立CFRP索结构瞬态响应的简化模型,并利用相关软件建立数值模型,研究分析强风作用下CFRP索多种工况时的抗风性能及瞬态动力学响应特点和规律,对比相同条件下钢拉索风致振动的差异性。(3)基于准定常假设研究CFRP拉索风-雨致振特征。推导建立斜拉索风-雨致振的简化分析模型和稳定性准则,利用数值分析模型,研究分析CFRP拉索风-雨致振特性,以及各参数对风-雨致振的影响,初步探索CFRP拉索在风-雨激励下的运动规律和机理及参数敏感性等问题。通过以上研究,优化了CFRP筋(索)的锚固系统,提出了大吨位锚具的设计建议；基于流固耦合理论推导了CFRP索在风作用下的简化模型,得到了CFRP索区别于钢索的风致振动瞬态特性及各种参数下风-雨致振的特征和运动规律,为CFRP索在缆索结构桥梁中的应用设计提供参考。