损伤拉索的等效弹性模量及其参数分析VIP免费

第32卷第3期2015年6月计算力学学报ChineseJournalofComputationalMechanicsV01．32。No．3June2015文章编号：1007-4708(2015)03—0339—07损伤拉索的等效弹性模量及其参数分析王立彬，王达，吴勇(1．南京林业大学土木工程学院，南京210037；2．宁波市鄞州区交通投资有限公司，宁波315199)摘要：损伤拉索会出现线形松弛、应力水平降低的情况，必然会影响拉索的等效弹性模量。本文首先引入损伤程度、位置及范围3个参数，用以描述拉索损伤形态的特征，建立损伤拉索索力和线形计算公式，采用数值方法计算了损伤拉索弦向等效弹性模量精确数值，并和经典的等效弹性模量公式的计算结果进行了比较分析，分析了考虑损伤时两种不同计算方法结果的误差。计算表明，对于500m弦向长度以内的损伤拉索，拉索的弦向长度L越大。倾角越小，等效弹性模量的损失越大，并且应用割线模量公式计算的误差也越大，当L。一500m时，损伤拉索相对误差值在2．5％～4．5之间。弦向应变越小，等效弹性模量损失越大，弦向应变在Eo．001，0．0043内，应用割线模量公式计算的相对误差小于3．5。损伤程度及损伤范围对引用等效弹性模量公式的误差影响较大，倾角对等效弹模公式相对误差的影响也不容忽视。弦向长度、弦向应变、倾角和损伤程度参数都是通过改变拉索的松弛程度进而影响等效弹性模量的数值以及公式的误差。关键词：拉索；损伤参数；等效弹性模量；弦向应变；弦向长度中圈分类号；TU279．72}0346．5文献标志码；Adoi：10．7511／jslx2O15O3Oo71引言由于自身重力的原因，在拉索两端沿着弦向施加一对拉力，松弛的拉索沿两端点间弦向产生较大的相对位移，但是绷紧的拉索悬挂点弦向相对位移却很小，表现出抗拉刚度增大的现象，因此，弦向相对位移与拉索的初始线形和拉索的应力水平有关。1949年，F．Dischinger首先研究了这一现象，并在拉索两个端点间沿着弦向引入了一个虚拟的拉杆单元，提出了拉杆的应力应变关系即Dischinger等效切线弹性模量公式，巧妙地解释了拉索的悬垂效应。1965年，Ernst[1]提出了等效割线模量公式，这一公式能够考虑拉索初始应力和拉索应力刚化现象，因而得到了广泛的应用。1981年和1983年，IrvineC和Nielsc。分别对拉索垂度效应的解析理论作了系统总结。2000年，Hajdin[和李国平嘲分别导出一个既考虑垂直于拉索的自重分量，又计入平行于拉索弦向自重分量作用的精确等效弹性模收稿日期：2014-03-19}修改稿收到日期：2014-05-29．基金项目：国家自然科学基金(50978056)；住房与城乡建设部科学技术(2O10Kz8)f江苏省优势学科建设工程(PAPD)资助项目．作者简介：王立彬’(1970一)，男，博士，教授，硕士生导师(E-mail：jhwlb@163．com)；王达(1987-)，男，硕士，助理工程师；吴勇(1990-)，男，硕士生．量公式。2009年，GiuseppeL6在Dischinger—Ernst公式的基础上引入二阶近似方法，提出了一个改进的精细割线等效弹性模量公式，用于计算拉索的悬垂效应。2012年，Giuseppe[7在计入拉索温度效应的情况下提出了广义准割线等效弹性模量公式。尽管如此，上述等效弹性模量公式均以完好拉索为计算模型，并未考虑拉索存在损伤的影响[8_lo]。损伤拉索会出现线形松弛、应力水平降低的情况，必然会影响拉索的等效弹性模量，在含有损伤拉索的斜拉桥结构分析中，仍然应用原来的恩斯特公式分析显然是不合理的。缆索损伤退化引起的结构安全问题日益突出[1]，但目前这一问题的研究尚属空白，本文首先建立损伤拉索的数学描述[1，推导损伤拉索的轴力和线形表达式，计算了损伤拉索精确的等效弹性模量值，并和Ernst割线弹性模量结果进行了对比分析，研究了损伤参数对拉索等效弹性模量精确值及使用原Ernst等效割线弹性模量公式计算值之间误差的影响规律，对斜拉桥结构分析提供了有益的参考。2基本假定及拉索损伤状态的描述2．1基本假定假定拉索材料连续、均匀且各向同性；假定只考虑拉索横截面上均匀分布的拉应力和纵向应变，且拉索轴向变形本构关系服从胡克定律；忽略拉索计算力学学报第32卷抗弯刚度、抗剪刚度和两端锚固支承形式的影响。2．2拉索损伤状态的描述采用弧坐标5贯穿拉索全长，无应力状态下索的自然形态...