【摘 要】
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在大跨空间结构中,拉索作为轻质、高强的现代化工程构件,已应用于越来越多的工程设计中,然而,拉索服役过程中常常暴露在各类复杂条件下,承受着风、雨等复杂的交变荷载作用,加之结构本身承受的各类交变活载,使得拉索的疲劳成为控制其使用寿命的重要因素。拉索的疲劳破坏形式主要表现为微动疲劳和腐蚀疲劳,其中,微动疲劳现象更多地出现在绞捻形式的拉索中,如用途广泛的钢绞线拉索的疲劳寿命就常常因微动疲劳而大打折扣。本文
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在大跨空间结构中,拉索作为轻质、高强的现代化工程构件,已应用于越来越多的工程设计中,然而,拉索服役过程中常常暴露在各类复杂条件下,承受着风、雨等复杂的交变荷载作用,加之结构本身承受的各类交变活载,使得拉索的疲劳成为控制其使用寿命的重要因素。拉索的疲劳破坏形式主要表现为微动疲劳和腐蚀疲劳,其中,微动疲劳现象更多地出现在绞捻形式的拉索中,如用途广泛的钢绞线拉索的疲劳寿命就常常因微动疲劳而大打折扣。本文基于钢绞线索这一载体,研究了拉索内部的微动疲劳特性,具体内容如下:(1)通过查阅相关文献,对微动疲劳的研究现状进行综述,介绍了目前疲劳寿命预测方法的研究体系,特别是对多轴疲劳、微动疲劳的分析方法作了汇总。(2)建立了拉索整体的有限元模型,通过Kaimal风速谱得到的风速时程曲线对拉索模型进行瞬态动力学分析,并得到拉索在脉动风作用下的顺风向动力响应特征,以及不同风速下的拉索风致疲劳荷载谱。(3)利用大型商用有限元软件ABAQUS,结合参数化方法建立了多尺度精细化的钢绞线索有限元模型,包括精细化的整索截段模型以及其内部的钢丝间接触子模型。首先通过静力加载分析了钢绞线索在轴向力作用下的受力状态;其次分析了钢绞线索在拉伸循环荷载、弯曲循环荷载和扭转循环荷载下的疲劳特性,并通过SWT临界平面法预测各工况下的钢丝微动疲劳寿命;进一步地,为模拟更加贴合工程实际的拉索受力工况,分析了钢绞线索在拉-弯、拉-扭两种组合工况下的钢丝微动疲劳特性,得到了不同加载路径下的接触区应力场变化规律,寻找针对钢绞线索的最不利加载工况和对应的索内最不利位置,最后将组合工况下的疲劳寿命预测值与单轴加载工况进行对比,发现组合工况下的疲劳寿命显著降低。(4)利用参数化模型的优势,分别改变平均应力、应力幅、摩擦系数、钢丝直径和捻角等参数,分析了各参数对丝间微动疲劳寿命的影响,给出了具有工程意义的结论。
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