大跨度多塔懸索橋廣泛應(yīng)用于跨江、跨海橋梁建設(shè),主纜是其關(guān)鍵承載部件。主纜彎曲繞過主索鞍(懸索橋主纜危險位置),主索鞍兩側(cè)主纜張力差導(dǎo)致主纜索股間和鋼絲間的動態(tài)接觸和“分層滑移”,索股與鞍槽、隔板之間的動態(tài)接觸和微滑移現(xiàn)象。當(dāng)主索鞍兩側(cè)主纜張力差足以克服主纜-主鞍座總摩擦力時,主纜-主鞍座易發(fā)生打滑事故,進(jìn)而引發(fā)懸索橋結(jié)構(gòu)失穩(wěn)甚至倒塌事故。因此,研究懸索橋主纜鋼絲動態(tài)接觸與滑移行為至關(guān)重要。本文通過構(gòu)建索股-索鞍三維接觸有限元模型,獲得了索股與隔板、索鞍之間的接觸和滑移參數(shù)范圍;研制了鋼絲動態(tài)接觸與滑移試驗臺,開展了鋼絲與鋼絲、隔板和索鞍材料之間的動態(tài)接觸和滑移實驗,通過實時原位觀測揭示了其動態(tài)接觸和滑移特性(接觸狀態(tài)、滑移曲線、滑移量、摩擦系數(shù)等)及其受到接觸滑移參數(shù)(滑移幅值、接觸位置、循環(huán)周次、載荷和材料等)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:鋼絲與鋼絲、隔板和索鞍材料在一個周期內(nèi)接觸狀態(tài)為:黏著-完全滑移-黏著-完全滑移;隨著到接觸界面距離的減小、循環(huán)周次的增加以及逆著上鋼絲運行方向,下鋼絲、隔板和索鞍的橫向滑移量和縱向變形量逐漸增大;隨著滑移幅值的增加,下鋼絲的橫向滑移量先減小后增大,縱向變形量增大;隨著載荷的增加,下鋼絲的橫向滑移量和縱向變形量逐漸增大。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：U448.25
【部分圖文】：

1緒論11緒論1Introduction1.1課題來源（Sourceofsubject）本課題來源于國家自然科學(xué)基金面上項目“大跨度多塔懸索橋主纜服役安全性評估方法研究（51875565）”1.2研究背景及意義（Backgroundandsignificance）懸索橋是一種利用主纜和吊索作為加勁梁的懸吊體系，將荷載作用傳遞到索塔和錨碇的橋梁，其主要結(jié)構(gòu)包括主纜、索塔、錨碇、吊索和加勁梁等�，F(xiàn)代懸索橋具有跨越能力大、受力合理、能最大限度發(fā)揮材料強(qiáng)度、造價經(jīng)濟(jì)等特點，成為跨越千米以上障礙物最理想的橋型[1-3]。圖1-1為懸索橋示意圖[4-6]。國內(nèi)已經(jīng)建成的三塔兩跨懸索橋有泰州長江大橋、馬鞍山長江公路大橋、武漢鸚鵡洲長江大橋等，均說明正在涌現(xiàn)出建設(shè)多塔懸索橋的高潮，多塔多跨懸索橋成為橋梁工程領(lǐng)域內(nèi)最重要的研究課題之一。圖1-1懸索橋示意圖Figure1-1Schematicdiagramofsuspensionbridge主纜是懸索橋的主要承重結(jié)構(gòu)，主纜以索塔、散索鞍支墩為支撐，兩端錨固于錨碇或梁端，除承受自身恒載外，加勁梁的恒載和活載通過索夾和吊索傳遞至主纜。此外，主纜還承受一部分橫向風(fēng)載荷，并將它直接傳遞至索塔頂部，是全橋結(jié)構(gòu)受力的生命線，一旦失效斷裂，整個橋梁都將處于極度危險的狀態(tài)[7-10]。主纜的外圍輪廓基本為六邊形，每根主纜由多根索股組成，每根索股又由多根平行鋼絲絞制而成，中間放置在索塔頂部的鞍座上，如圖1-1中放大位置所示，索

1緒論3尺度，然后基于該尺度考慮界面的相互作用特征。從宏觀、微觀和納米尺度的角度來看，界面摩擦經(jīng)歷了從宏觀界面的機(jī)械作用到微觀界面的黏著、剪切作用，再到原子級界面的離散作用[23]。PeterBlau[24]區(qū)分了三種不同的界面尺度，如圖1-2所示。圖1-2界面尺度示意圖Figure1-2Schematicdiagramofinterfacescale在尺度Ⅰ中，由分子力產(chǎn)生的界面相互作用成為摩擦的主要起因。它是指分子和原子直接與一個理想(原子級)光滑的晶體表面相對滑動而產(chǎn)生的摩擦，該尺度下的界面摩擦是研究摩擦的分子本源和微觀機(jī)制的理想狀態(tài)。在尺度Ⅱ中，由于固體接觸表面的相互運動在界面上產(chǎn)生剪切應(yīng)力，導(dǎo)致界面的彈塑性變形或者磨損，周圍的介質(zhì)對其摩擦磨損不可忽略。摩擦的起源主要與表面粗糙度的存在有關(guān)，涉及粗糙峰的嚙合、變形、黏著、剪切和犁溝等。界面裂紋的形成和拓展，磨屑的產(chǎn)生、遷移和積聚的行為都屬于該尺度下界面摩擦的研究范疇[25]。針對不同的摩擦系統(tǒng)要根據(jù)工程應(yīng)用選擇最合適的研究尺度，不同尺度的界面現(xiàn)象也不同，在微觀尺度上，主要通過掃描電鏡來研究磨損機(jī)理，能進(jìn)一步地觀測磨粒的實時產(chǎn)生過程[26]。龔中良[27]建立界面摩擦系統(tǒng)動力學(xué)模型，并利用原子力顯微鏡測試不同材料界面摩擦條件下的黏滑行為特征，探討摩擦系統(tǒng)內(nèi)外因素對黏滑頻率和幅值的影響。由于滑動摩擦表面的接觸都是粗糙表面間的接觸，實際接觸只發(fā)生在摩擦面較高的微凸體上，使得真實接觸面積僅是名義接觸面積的很小一部分[28]。研究滑動摩擦表面間的真實接觸特性對分析其摩擦、磨損、潤滑和傳熱等性能有著重要作用。魏龍等[29]依據(jù)分形理論，考慮微凸體變形特征及摩擦作用的影響建立滑動摩擦表面接觸力學(xué)模型，得出滑動摩擦表面間的真實接觸面積函數(shù)

及主纜與隔板之間的接觸載荷及滑移參數(shù)，為后續(xù)的實驗提供數(shù)據(jù)支撐。 2.2 主纜的結(jié)構(gòu)（Structure of main cable） 主纜置于索塔頂部的鞍座上（見圖 1-1），是懸索橋的主要承重結(jié)構(gòu)。主纜內(nèi)部索股間通過隔板隔開，頂部用填塊填充。本文以泰州長江大橋參數(shù)為例開展下文的計算，該橋采“三塔兩跨”懸索橋橋型方案，如圖 2-1 所示，其中主跨為2×1080m，橋跨布置形式為：390+1080+1080+390m，是世界上懸索橋的最大跨度。該橋主纜的索股使用平行鋼絲預(yù)制，每根主纜中含有 169 根索股，每根索股中含有 91 根直徑為 5.2mm 的鍍鋅高強(qiáng)度鋼絲，索股經(jīng)過張緊形成的主纜截面結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示，圖 2-2a 為主纜擠圓后截面，圖 2-2b 為其中一股索股的截面圖。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2890581