大跨度索道橋力學(xué)性能分析及可靠度研究.pdf

1、索道橋是以鋼絲繩或鋼絞線為主要受力構(gòu)件,鋼橫梁及木板等作為局部受力構(gòu)件的一種懸索體系橋梁。具有建設(shè)周期短、投資小、載重量大等特點(diǎn),特別適用于作高山峽谷中水電站建設(shè)的臨時(shí)施工用橋,其自20世紀(jì)70年代中期由軍隊(duì)引入后經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn),在西南地區(qū)的水電站建設(shè)中逐漸得到廣泛應(yīng)用,近年在許多山區(qū)高速公路、鐵路和水電站建設(shè)中,為解決兩岸臨時(shí)通道問(wèn)題,也常建造施工用索道橋,也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此索道橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、安全性及可靠性逐漸引起

2、人們的重視。
　　本文以不同跨度的三座索道橋?yàn)楣こ瘫尘?分別介紹了索道橋的理論計(jì)算方法、數(shù)值計(jì)算方法及非線性有限元分析方法。在依托大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)云南某索道橋拉索損傷情況進(jìn)行了全橋靜、動(dòng)力分析,并以有限元模型為基礎(chǔ),模擬了不同位置拉索破斷情況下對(duì)索道橋力學(xué)性能的影響,研究了索力失效引起全橋結(jié)構(gòu)拉索內(nèi)力重分布的規(guī)律。其次,在總結(jié)可靠度計(jì)算方法的基礎(chǔ)上,運(yùn)用一次二階矩—JC法對(duì)索道橋進(jìn)行了可靠度分析,研究結(jié)果可為同類索道橋的

3、優(yōu)化設(shè)計(jì)及安全性分析提供理論依據(jù),也豐富了索道橋在可靠度分析領(lǐng)域的技術(shù)資料。
　　具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)以云南某索道橋?yàn)檠芯勘尘?采用線性簡(jiǎn)化的計(jì)算方法對(duì)索道橋結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件及自振頻率、臨界風(fēng)速等進(jìn)行了計(jì)算,該理論計(jì)算方法基本能夠滿足索道橋的初期設(shè)計(jì),可為特殊地段的橋梁選型、選材及工程預(yù)算等提供參考。并且通過(guò)理論計(jì)算得到的索道橋初始線形及初始索力可為下一步索道橋有限元模型的建立提供參考,從而有效的縮短建模時(shí)間。并且

4、在查閱大量橋梁規(guī)范、建筑規(guī)范及材料拉索規(guī)范的基礎(chǔ)上,對(duì)索道橋的主要受力部件:拉索、橫梁、錨桿等進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗(yàn)算,并考慮了溫度對(duì)索道橋的影響。
　　(2)在總結(jié)拉索數(shù)值計(jì)算方法的基礎(chǔ)上,本文分別推導(dǎo)了索單元的懸鏈線算法和拋物線算法,并比較了兩種算法在索道橋的計(jì)算中的精度差別,得出一些有益結(jié)論。
　　(3)以云南某索道橋拉索脫落為工程背景,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,模擬出拉索脫落情況下的有限元模型,并將拉索脫落前的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(理論數(shù)據(jù))與拉

5、索脫落后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(理論數(shù)據(jù))進(jìn)行了對(duì)比分析,總結(jié)得出拉索脫落對(duì)全橋靜力、動(dòng)力性能的影響。并且運(yùn)用修正后的有限元模型,模擬出不同位置拉索失效的情況,分析不同位置拉索的損傷、脫落對(duì)索道橋索力重分布的影響,研究其對(duì)索道橋安全性能的破壞程度。為索道橋后期養(yǎng)護(hù)及健康檢測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了分析數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。
　　(4)根據(jù)索道橋拉索的受力特點(diǎn),索道橋拉索極限狀態(tài)方程中的參數(shù)可由拉索抵抗拉力、恒載產(chǎn)生的索拉力、可變荷載產(chǎn)生的索拉力組成。在

6、索道橋的可靠度分析過(guò)程中,由于目前可靠度的相關(guān)規(guī)范取值中,大多針對(duì)混凝土橋梁,沒(méi)有針對(duì)索道橋的統(tǒng)計(jì)參數(shù),實(shí)際中也缺乏大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。本文首先根據(jù)有限元模型對(duì)索道橋進(jìn)行靜力分析,然后在有限元計(jì)算結(jié)果及可靠度理論的基礎(chǔ)上,參考大量橋梁結(jié)構(gòu)用索和建筑結(jié)構(gòu)用索中的統(tǒng)計(jì)參數(shù),分析和統(tǒng)計(jì)出索道橋各參數(shù)變量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。采用一次二階矩–JC法計(jì)算了索道橋拉索的可靠度指標(biāo)β。并利用MATLAB編制了可靠指標(biāo)計(jì)算程序,分別計(jì)算了在不同安全系數(shù)和不同荷載效