大跨度索道橋力學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件,鋼橫梁及木板等作為局部受力構件的一種懸索體系橋梁。具有建設周期短、投資小、載重量大等特點,特別適用于作高山峽谷中水電站建設的臨時施工用橋,其自20世紀70年代中期由軍隊引入后經過不斷改進,在西南地區(qū)的水電站建設中逐漸得到廣泛應用,近年在許多山區(qū)高速公路、鐵路和水電站建設中,為解決兩岸臨時通道問題,也常建造施工用索道橋,也取得了良好的經濟效益。因此索道橋的優(yōu)化設計、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為工程背景,分別介紹了索道橋的理論計算方法、數(shù)值計算方法及非線性有限元分析方法。在依托大量現(xiàn)場實測數(shù)據的基礎上對云南某索道橋拉索損傷情況進行了全橋靜、動力分析,并以有限元模型為基礎,模擬了不同位置拉索破斷情況下對索道橋力學性能的影響,研究了索力失效引起全橋結構拉索內力重分布的規(guī)律。其次,在總結可靠度計算方法的基礎上,運用一次二階矩—JC法對索道橋進行了可靠度分析,研究結果可為同類索道橋的

3、優(yōu)化設計及安全性分析提供理論依據,也豐富了索道橋在可靠度分析領域的技術資料。
　　具體研究內容如下:
　　(1)以云南某索道橋為研究背景,采用線性簡化的計算方法對索道橋結構主要受力構件及自振頻率、臨界風速等進行了計算,該理論計算方法基本能夠滿足索道橋的初期設計,可為特殊地段的橋梁選型、選材及工程預算等提供參考。并且通過理論計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)范的基礎上,對索道橋的主要受力部件:拉索、橫梁、錨桿等進行了結構驗算,并考慮了溫度對索道橋的影響。
　　(2)在總結拉索數(shù)值計算方法的基礎上,本文分別推導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算中的精度差別,得出一些有益結論。
　　(3)以云南某索道橋拉索脫落為工程背景,結合現(xiàn)場實際情況,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測數(shù)據(理論數(shù)據)與拉

5、索脫落后的實測數(shù)據(理論數(shù)據)進行了對比分析,總結得出拉索脫落對全橋靜力、動力性能的影響。并且運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、脫落對索道橋索力重分布的影響,研究其對索道橋安全性能的破壞程度。為索道橋后期養(yǎng)護及健康檢測技術的開發(fā)應用提供了分析數(shù)據和理論依據。
　　(4)根據索道橋拉索的受力特點,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、恒載產生的索拉力、可變荷載產生的索拉力組成。在

6、索道橋的可靠度分析過程中,由于目前可靠度的相關規(guī)范取值中,大多針對混凝土橋梁,沒有針對索道橋的統(tǒng)計參數(shù),實際中也缺乏大量統(tǒng)計數(shù)據。本文首先根據有限元模型對索道橋進行靜力分析,然后在有限元計算結果及可靠度理論的基礎上,參考大量橋梁結構用索和建筑結構用索中的統(tǒng)計參數(shù),分析和統(tǒng)計出索道橋各參數(shù)變量的均值和標準差。采用一次二階矩–JC法計算了索道橋拉索的可靠度指標β。并利用MATLAB編制了可靠指標計算程序,分別計算了在不同安全系數(shù)和不同荷載效