论文部分内容阅读
近年来,国内外多座CFRP缆索承重试验桥梁的成功应用,吸引了众多桥梁工程师的眼球。CFRP材料凭借其强度高、质量轻、耐腐蚀等优良性能,成为斜拉索的理想材料;应用CFRP索替换传统钢索可以有效提高斜拉桥的跨越能力和承载能力。经过众多学者的努力,CFRP斜拉桥的整体受力性能方面已经有了不少研究成果,但已有研究却很少涉及CFRP斜拉索的局部受力性能及非线性振动特性等方面,这使得CFRP斜拉索的静动力性能不能得到全面的认识,阻碍了CFRP材料在实际超大跨斜拉桥中的应用。本文围绕CFRP斜拉索的局部弯曲受力、CFRP拉索本身的―自耦合‖以及CFRP拉索与梁结构的―互耦合‖现象开展了研究工作。具体工作内容如下:1、采用解析法对均匀弯曲刚度斜拉索的端部弯曲应力进行了分析;以苏通大桥的部分拉索为研究对象,讨论了弹性模量、索长、初始张拉力等因素对相同条件下的CFRP和钢拉索的端部弯曲应力的影响;最后用经典疲劳分析方法对两种拉索进行了拉弯疲劳性能分析,得出了CFRP斜拉索的端部弯曲应力小于钢索,疲劳性能明显优于钢索的结论。2、建立了斜拉索的三维非线性振动方程,并利用多尺度法分析了拉索发生内共振的条件和振动模式,着重求解了主共振下的面内外频率比为1:1的内共振模式。结合数值方法计算了CFRP和钢拉索发生受迫振动时的内共振响应;讨论了初始扰动、阻尼比等因素对拉索内共振的影响。分析发现:两种拉索内共振规律基本相同,但CFRP索进入稳态运动的时间短,最大振幅和稳态振幅均小于钢索。3、分别建立了拉索在可动边界条件下的振动方程以及索-梁结构的二维非线性振动方程。采用多尺度法和数值法相结合,对CFRP索-梁结构和钢索-梁结构的自由振动和受迫振动响应进行了分析;讨论了拉索阻尼、初始扰动等因素对两种索-梁结构共振响应的影响。结果表明:CFRP索-梁结构的耦合共振特性优于钢索-梁结构。