摘要
悬索桥索夹是连接主缆和吊索的重要构件，索夹依靠螺栓群的预紧力箍紧主缆，从而形成抗力。当抗力不足时，索夹会产生滑移或脱空，影响连接安全。运营中的悬索桥索夹一旦滑移，不易修复。当前欧洲结构规范（Eurocode3）、我国公路悬索桥规范针对建筑或桥梁中缆索夹具的抗滑承载力的计算式均是经验性的表达，索夹的摩擦抗力根据库伦摩擦定律确定，但索夹与主缆间的接触压力究竟如何计算就很不明确。原因是较刚性的索夹与离散钢丝构成的主缆间的紧固连接作用机理、连接系统的受力特征尚未有深入的研究。此外主缆横向变形行为的特殊性，给索夹螺栓群紧固施工和螺栓预紧力的长期维护带来很大的不确定性，主要在于索夹螺栓群紧固过程存在的非线性串扰以及螺杆紧固力的长期衰减行为。当前对这些问题的深入研究罕有报道。 因此，通过一系列的理论和试验研究，试图掌握悬索桥索夹和主缆紧固连接作用机理的基本规律，并建立相应的模型、方法以便更好地处理索夹主缆连接中存在的承载力计算、螺栓群紧固安装、主缆内部压力测试、螺栓紧固力衰减分析等诸多问题。主要研究工作如下： （1）通过试验研究获得了0.6~1.3m直径主缆在索夹紧固力作用下的非线性横向压缩变形行为的规律认识，根据试验数据建立了描述主缆横向刚度特征的应力应变复合对数函数。借助有限元方法，建立了基于主缆非线性本构模型的索夹主缆紧固连接仿真分析模型，为索夹与主缆间作用机理及抗滑承载力数值分析奠定基础。采用自主发明的压力传感器，通过模型试验测试，确定了主缆内部压力大小和索夹螺栓预紧力的比例关系以及压力分布的基本规律。 （2）基于力平衡原理推导得到索夹与主缆接触力、索夹抗滑承载力的解析公式。公式综合考虑了索夹结构形式（销接式、骑跨式）、螺栓预紧力、吊索力、正交异性摩擦特性对索夹主缆连接系统受力的影响。然后开展了索夹抗滑承载力的有限元分析研究，有限元解与解析解反映出一致规律：对于销接式索夹，吊索拉力增加将导致下半索夹与主缆间压力减小，甚至造成脱空，不利于索夹抗滑；对于骑跨式索夹，吊索拉力增加使吊索钢丝绳对索夹，索夹对主缆的压力增加，有利于索夹抗滑。 （3）开展了索夹抗滑承载力试验研究，获得了销接式索夹和骑跨式索夹与主缆紧固连接受力、索夹抗滑极限状态及失效行为的经验认识。综合理论和试验研究成果，建立了考虑多因素影响的索夹抗滑承载力分析方法，方法根据索夹与吊索连接形式、荷载工况，给出具体的临界吊索力或螺杆紧固力计算式，有望以此作为索夹抗滑极限状态设计法的雏形。 （4）通过试验和有限元仿真，研究了索夹螺栓群紧固的串扰效应，得出螺栓群按两边向中间张拉紧固的顺序较合理，基于螺栓紧固程序仿真优化流程及超张拉控制，提出了螺栓群紧固工艺优化方法。 （5）通过模型试验和实桥试验，研究了悬索桥索夹螺杆紧固力的衰减行为。基于一年期足尺模型试验的试验数据，得到了预测索夹螺杆变化的时间函数和单轴蠕变模型函数。试验间接证实了主缆长期横向压缩蠕变变形是索夹螺杆紧固力衰减的重要原因。
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