摘要
中、下承式拱桥中一般设有吊索，用于连接拱肋与桥面系，是主要的受力构件之一。吊索的损伤与断裂不仅会造成过高的维修、维护成本，而且严重影响桥梁的安全性，一旦发生坍塌事故将造成不可挽回的损失。目前，国内外大多学者研究的是吊索在只轴向受力情况下的力学性能，忽略了吊索发生轴偏转现象产生的弯曲应力对其力学性能的影响。因此，本文为了研究不同轴偏转角对吊索的影响，开展了理论研究、试验研究以及有限元模拟研究，主要研究内容如下： 首先，引入了吊索轴偏转的定义，对可能造成中、下承式拱桥产生轴偏转现象的原因进行了系统的讨论，并对相关拱桥坍塌事故进行分析，得到了中、下承式拱桥发生较大轴偏现象的相关条件。按实际情况，选取了2座不同跨径的中承式拱桥，采用Midas/Civil建立了有限元模型，分析了恒载、温度温度、汽车荷载以及风荷载作用对吊索的轴偏转角度的影响，得到了对应荷载下轴偏转角度极值，研究表明恒载、温度对轴偏转现象影响较小，汽车与风荷载对其影响较大的结论，且对于短吊索、次短吊索的影响尤为严重。 其次，为研究不同轴偏转角度对中、下承式拱桥吊索力学性能的影响规律，针对短吊索的基本单元1860级7丝钢绞线，设计了一套试验方案，研究了4种弯曲偏转角度(0mrad、10mrad、20mrad、30mrad)对其力学性能的影响。并采用SOLIDWORKS与ABAQUS相结合的方式进行了有限元模拟，有限元模拟结果与试验吻合较好，验证了有限元模型的正确性，研究表明随着轴偏转角度的增大钢绞线的各项力学性能指标（弹性模量、屈服强度、极限强度、极限延伸率）均线性减小。根据吊索的受力情况，利用高等数学与力学知识推导得到其弯曲应力计算公式。 再次，为了研究不同的腐蚀程度下不同轴偏转角对于钢绞线极限强度的影响规律，对光面、镀锌钢绞线采用盐雾腐蚀箱进行了三级腐蚀，分析了不同腐蚀时间对钢绞线腐蚀程度的影响，并对腐蚀后的钢绞线进行了形态分析。研究表明，钢绞线的腐蚀程度随腐蚀时间的延长而增大，光面钢绞线腐蚀增速略大于镀锌钢绞线。 最后，为了研究不同轴偏转下吊索钢绞线的预腐蚀疲劳性能。基于Goodman方程对现有的1860级七丝钢绞线的S-N曲线进行修正，得到在不同腐蚀程度与不同轴偏转角钢绞线的S-N曲线。研究表明，光面、镀锌钢绞线的疲劳寿命值随轴偏转角度的增大而逐渐下降，且下降速度逐渐增大，角度到达一定值后，疲劳寿命值可认为趋近于0；并且镀锌钢绞线的疲劳寿命值的下降速度要小于光面钢绞线。
NETL