上海市公路学会第四届年会学术论文集斜拉桥斜拉索局部弯曲应力分析何宪飞陈艾荣同济大学桥梁工程系〔摘要〕在活载作用下,斜拉索的倾角会发生反复变化,引起拉索局部弯曲应力变化,从而导致斜拉索的疲劳。本文根据引起斜拉索倾角变化的原因,分只考虑拉索垂度的影响及既考虑拉索的垂度又考虑锚固点处梁的变位挠度和转角两部分对斜拉索局部弯曲应力的变化幅度进行了分析。本文的分析表明,局部弯曲应力幅占总应力幅的左右,对斜拉索疲劳有较大的影响。最后,介绍了几种可以减小这部分应力变化的方法。关键词斜拉桥斜拉索局部弯曲应力疲劳引言自从年瑞典的斯曹姆哈特桥开始了现代斜拉桥的先端,至今为止,全世界大约已建成多座斜拉桥。虽然我国建造斜拉桥的起步比较晚,始于年四川省云阳县的跨径的云阳桥,但近二十年,中国经济的腾飞促进了桥梁事业的迅速发展,上海杨浦大桥的建成标志我国在大跨度桥梁建设领域已达到了世界先进水平。由于斜拉桥的广泛采用,使得斜拉桥的设计理论及施工工艺逐步走向成熟,同时也推动了斜拉桥布置形式的多样化,由独塔、双塔到多塔多跨。然而,尽管目前对斜拉桥的认识越来越深刻,人们最关心的问题仍然是斜拉索的使用寿命。疲劳恰恰是影响斜拉索寿命的最重要因素之一,众所周知,导致斜拉索疲劳的直接原因是应力幅,而引起拉索钢丝应力变化的原因主要有汽车、人群、风荷载作用引起斜拉索轴力的变化斜拉索轴力的变化导致拉索垂度的改变以及斜拉索在梁上锚固点位置由于荷载的作用产生的变位挠度和转角使斜拉索倾角发生变化,从而引起局部挠曲应力变化图,通常称为主应力,称为次应力。虽然斜拉桥已被各国普遍采用,但是一般国家的规范对斜拉索的疲劳强度并未作明确的规定,一般均为专桥专用。如我国《公路斜拉桥设计规范》一一试行只是在第条中标注拉索的疲劳应力应由试验来确定,拉索应力能通过万次的反复荷载,日本对钢丝的疲劳强度作了如下规定〔‘〕、二、又一—,式中,为钢丝设计疲劳强度左,为荷载重复系数,。。为钢丝的抗拉强度,孔为钢丝的材料系数,。及是由钢丝的一曲线求得的参数。对拉索进行疲劳分析时,一般只考虑主应力而忽略了局部弯曲应力。本文将主要讨论局部弯曲应力对斜拉索疲劳的影响并给出了斜拉索局部弯曲应力的计算公式以及降低局部应力的方法。基本原理一般来说,在外荷载作用下,斜拉索通常假设为无弯曲刚度而象完全柔性的钢弦一样工作。对主要结构的计算,完全柔性的假设在实用上将满足要求。但在局部的分析中,如前文所述拉索倾角所引起的局部挠曲应力中,要考虑索的抗弯刚度,拉索将承担一部分弯矩,即此时斜拉索在端部的锚固情况不能假设为铰接,而应按固结来处理,见图。上海市公路学会第四届年会学术论文集图斜拉索垂度变化引起的索端倾角变化图斜拉索端部锚固情况根据拉索受力的平衡条件可知在距离索端锚固点处斜拉索的弯矩可表示为图一一凳,式中为斜拉索的轴向力,为斜拉索的弹性模量,为斜拉索的弯曲惯矩,求解该微分方程可得,二一,其中为代定系数,丫百厄。利用斜拉索在端部的变化角度为的边界条件,可知。们叮万,所以二。丫厄万舀一,代人式,可得试画一式中,为斜拉索的倾角相对于弦的方向。于是与弯矩相对应的弯曲应力为一·,一黯一·瓜一式中为斜拉索的轴向应力为山,为斜拉索的面积。令‘狱。以一丫瓦丁,则从或式可以看出,拉索的最大弯曲应力发生在二处,即锚固点处,而后呈指数下降,图显示了最大弯曲应力的变化情况。对于由高强钢丝构成的斜拉索,可等效成面积相等的圆形截面,求出相应的截面抗弯惯性矩工。对于已经设计好的斜拉索求出其等效直径一抨,、为每一根钢丝的面积,·为钢丝的根数,为将斜拉索等效为圆形截面时的直径,考虑到组成斜拉索的钢丝之间有一定的空隙,最后取斜拉索的直径为,所以斜拉索的抗弯惯矩为工兴任。由钢铰线构成的斜拉索,可将每一根钢铰线等效成相一’一一一’一’“’⋯‘’一““砂产卜去。‘,’一甘’一’‘’切’‘’‘一一、“一’”应的圆形截面,求出其抗弯惯矩,然后乘以钢绞线的根数。以李》、定飞二二一乌二斜拉索受力示意图图斜拉索在固定端的挠曲角度与相应的弯曲应力曲线拉索倾角变化引起的应力幅值分析本文以如图所示的三塔四跨斜...
