大跨度多塔懸索橋廣泛應用于跨江、跨海橋梁建設(shè),主纜是其關(guān)鍵承載部件。主纜彎曲繞過主索鞍(懸索橋主纜危險位置),主索鞍兩側(cè)主纜張力差導致主纜索股間和鋼絲間的動態(tài)接觸和“分層滑移”,索股與鞍槽、隔板之間的動態(tài)接觸和微滑移現(xiàn)象。當主索鞍兩側(cè)主纜張力差足以克服主纜-主鞍座總摩擦力時,主纜-主鞍座易發(fā)生打滑事故,進而引發(fā)懸索橋結(jié)構(gòu)失穩(wěn)甚至倒塌事故。因此,研究懸索橋主纜鋼絲動態(tài)接觸與滑移行為至關(guān)重要。本文通過構(gòu)建索股-索鞍三維接觸有限元模型,獲得了索股與隔板、索鞍之間的接觸和滑移參數(shù)范圍;研制了鋼絲動態(tài)接觸與滑移試驗臺,開展了鋼絲與鋼絲、隔板和索鞍材料之間的動態(tài)接觸和滑移實驗,通過實時原位觀測揭示了其動態(tài)接觸和滑移特性(接觸狀態(tài)、滑移曲線、滑移量、摩擦系數(shù)等)及其受到接觸滑移參數(shù)(滑移幅值、接觸位置、循環(huán)周次、載荷和材料等)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:鋼絲與鋼絲、隔板和索鞍材料在一個周期內(nèi)接觸狀態(tài)為:黏著-完全滑移-黏著-完全滑移;隨著到接觸界面距離的減小、循環(huán)周次的增加以及逆著上鋼絲運行方向,下鋼絲、隔板和索鞍的橫向滑移量和縱向變形量逐漸增大;隨著滑移幅值的增加,下鋼絲的橫向滑移量先減小后增大,縱向變形量增大;隨著載荷的增加,下鋼絲的橫向滑移量和縱向變形量逐漸增大。
【學位單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：U448.25
【部分圖文】：

1緒論11緒論1Introduction1.1課題來源（Sourceofsubject）本課題來源于國家自然科學基金面上項目“大跨度多塔懸索橋主纜服役安全性評估方法研究（51875565）”1.2研究背景及意義（Backgroundandsignificance）懸索橋是一種利用主纜和吊索作為加勁梁的懸吊體系，將荷載作用傳遞到索塔和錨碇的橋梁，其主要結(jié)構(gòu)包括主纜、索塔、錨碇、吊索和加勁梁等�，F(xiàn)代懸索橋具有跨越能力大、受力合理、能最大限度發(fā)揮材料強度、造價經(jīng)濟等特點，成為跨越千米以上障礙物最理想的橋型[1-3]。圖1-1為懸索橋示意圖[4-6]。國內(nèi)已經(jīng)建成的三塔兩跨懸索橋有泰州長江大橋、馬鞍山長江公路大橋、武漢鸚鵡洲長江大橋等，均說明正在涌現(xiàn)出建設(shè)多塔懸索橋的高潮，多塔多跨懸索橋成為橋梁工程領(lǐng)域內(nèi)最重要的研究課題之一。圖1-1懸索橋示意圖Figure1-1Schematicdiagramofsuspensionbridge主纜是懸索橋的主要承重結(jié)構(gòu)，主纜以索塔、散索鞍支墩為支撐，兩端錨固于錨碇或梁端，除承受自身恒載外，加勁梁的恒載和活載通過索夾和吊索傳遞至主纜。此外，主纜還承受一部分橫向風載荷，并將它直接傳遞至索塔頂部，是全橋結(jié)構(gòu)受力的生命線，一旦失效斷裂，整個橋梁都將處于極度危險的狀態(tài)[7-10]。主纜的外圍輪廓基本為六邊形，每根主纜由多根索股組成，每根索股又由多根平行鋼絲絞制而成，中間放置在索塔頂部的鞍座上，如圖1-1中放大位置所示，索

1緒論3尺度，然后基于該尺度考慮界面的相互作用特征。從宏觀、微觀和納米尺度的角度來看，界面摩擦經(jīng)歷了從宏觀界面的機械作用到微觀界面的黏著、剪切作用，再到原子級界面的離散作用[23]。PeterBlau[24]區(qū)分了三種不同的界面尺度，如圖1-2所示。圖1-2界面尺度示意圖Figure1-2Schematicdiagramofinterfacescale在尺度Ⅰ中，由分子力產(chǎn)生的界面相互作用成為摩擦的主要起因。它是指分子和原子直接與一個理想(原子級)光滑的晶體表面相對滑動而產(chǎn)生的摩擦，該尺度下的界面摩擦是研究摩擦的分子本源和微觀機制的理想狀態(tài)。在尺度Ⅱ中，由于固體接觸表面的相互運動在界面上產(chǎn)生剪切應力，導致界面的彈塑性變形或者磨損，周圍的介質(zhì)對其摩擦磨損不可忽略。摩擦的起源主要與表面粗糙度的存在有關(guān)，涉及粗糙峰的嚙合、變形、黏著、剪切和犁溝等。界面裂紋的形成和拓展，磨屑的產(chǎn)生、遷移和積聚的行為都屬于該尺度下界面摩擦的研究范疇[25]。針對不同的摩擦系統(tǒng)要根據(jù)工程應用選擇最合適的研究尺度，不同尺度的界面現(xiàn)象也不同，在微觀尺度上，主要通過掃描電鏡來研究磨損機理，能進一步地觀測磨粒的實時產(chǎn)生過程[26]。龔中良[27]建立界面摩擦系統(tǒng)動力學模型，并利用原子力顯微鏡測試不同材料界面摩擦條件下的黏滑行為特征，探討摩擦系統(tǒng)內(nèi)外因素對黏滑頻率和幅值的影響。由于滑動摩擦表面的接觸都是粗糙表面間的接觸，實際接觸只發(fā)生在摩擦面較高的微凸體上，使得真實接觸面積僅是名義接觸面積的很小一部分[28]。研究滑動摩擦表面間的真實接觸特性對分析其摩擦、磨損、潤滑和傳熱等性能有著重要作用。魏龍等[29]依據(jù)分形理論，考慮微凸體變形特征及摩擦作用的影響建立滑動摩擦表面接觸力學模型，得出滑動摩擦表面間的真實接觸面積函數(shù)

及主纜與隔板之間的接觸載荷及滑移參數(shù)，為后續(xù)的實驗提供數(shù)據(jù)支撐。 2.2 主纜的結(jié)構(gòu)（Structure of main cable） 主纜置于索塔頂部的鞍座上（見圖 1-1），是懸索橋的主要承重結(jié)構(gòu)。主纜內(nèi)部索股間通過隔板隔開，頂部用填塊填充。本文以泰州長江大橋參數(shù)為例開展下文的計算，該橋采“三塔兩跨”懸索橋橋型方案，如圖 2-1 所示，其中主跨為2×1080m，橋跨布置形式為：390+1080+1080+390m，是世界上懸索橋的最大跨度。該橋主纜的索股使用平行鋼絲預制，每根主纜中含有 169 根索股，每根索股中含有 91 根直徑為 5.2mm 的鍍鋅高強度鋼絲，索股經(jīng)過張緊形成的主纜截面結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示，圖 2-2a 為主纜擠圓后截面，圖 2-2b 為其中一股索股的截面圖。
【參考文獻】

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本文編號：2890581