[發(fā)明專利]纜索體構(gòu)件受火狀態(tài)下應(yīng)力重分布評估方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110387345.7
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113076611B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈銳利;陳巍;程翔;鞏明;薛松領(lǐng);苗如松
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F113/16;G06F119/14
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51245
• 代理人: 崔建中

本發(fā)明公開了纜索體構(gòu)件受火狀態(tài)下應(yīng)力重分布評估方法及其應(yīng)用。受火狀態(tài)下纜索體構(gòu)件有兩種受力模式，一種是懸索橋主纜類受力模式，其主要特征是受火全過程纜索體構(gòu)件的張拉力基本保持不變，則其索長隨著受火時間的增加而增加。另一種是懸索橋吊索及斜拉橋斜拉索類受力模式，其主要特征是受火全過程纜索體構(gòu)件的索長基本保持不變，則索力隨著受火時間發(fā)生變化。針對兩種受力模式的纜索體構(gòu)件分別建立其受火狀態(tài)下的應(yīng)力重分布評估方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的有益效果在于，對受火狀態(tài)下纜索體內(nèi)各層鋼絲的應(yīng)力重分布進行評估，使之判定受火狀態(tài)下纜索體構(gòu)件的鋼絲破斷情況及安全性更為準確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及橋梁纜索技術(shù)領(lǐng)域，特別是纜索體構(gòu)件受火狀態(tài)下應(yīng)力重分布評估方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

主纜是懸索橋主要的承重構(gòu)件，吊索和斜拉索分別是懸索橋和斜拉橋重要的傳力構(gòu)件。纜索體構(gòu)件的組成材料高強鋼絲具備較強的抗拉性能，同時也是熱的良好導(dǎo)體。火災(zāi)下，纜索體升溫快、強度退化迅速、纜索體構(gòu)件具有很高的斷索風險，極大威脅到纜索承重橋梁結(jié)構(gòu)的安全。

火災(zāi)下纜索體構(gòu)件高強鋼絲的破斷情況是評估其安全性的重要指標。隨著受火時間的增加，纜索體構(gòu)件溫度逐漸升高、高強鋼絲抗拉強度逐漸降低，當其抗拉強度小于鋼絲的應(yīng)力大小時，纜索體構(gòu)件就會發(fā)生斷絲，進而會演變成斷索情況。因此，準確預(yù)測火災(zāi)下纜索體構(gòu)件鋼絲的破斷情況對評估其安全性具有重要作用。現(xiàn)有技術(shù)中，在評估火災(zāi)下纜索體構(gòu)件鋼絲的應(yīng)力時，均是將纜索體構(gòu)件簡化為勻質(zhì)鋼圓棒模型，而忽略了纜索體內(nèi)鋼絲間的應(yīng)力重分配對其應(yīng)力大小的影響。實際上，火災(zāi)下纜索體構(gòu)件內(nèi)、外層鋼絲的升溫速率具有顯著差異，詳見《基于空腔輻射效應(yīng)的鋼索截面溫度場分析》、《鋼索燃燒特性和鋼絞線高溫力學性能試驗研究》等文獻，由此造成外層鋼絲的抗拉強度退化速率要顯著快于內(nèi)層鋼絲，則外層鋼絲的應(yīng)力會逐漸向內(nèi)層鋼絲轉(zhuǎn)移從而保證纜索體構(gòu)件內(nèi)各層鋼絲的變形協(xié)調(diào)性，即火災(zāi)下纜索體構(gòu)件各層鋼絲間的應(yīng)力會發(fā)生重分配。忽略纜索體構(gòu)件各層鋼絲間的應(yīng)力重分配效應(yīng)勢必會造成各層鋼絲的應(yīng)力評估不準確，進而造成不能合理評估火災(zāi)下纜索體構(gòu)件的鋼絲破斷情況及安全性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供纜索體構(gòu)件受火狀態(tài)下應(yīng)力重分布評估方法及其應(yīng)用。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：

一種纜索體構(gòu)件受火狀態(tài)下的應(yīng)力重分布評估方法，所述纜索體構(gòu)件為懸索橋的主纜；所述應(yīng)力重分布為：

其中，

式中，σ_ti為t時刻主纜第i層鋼絲的應(yīng)力，σ_t1為t時刻主纜第1層鋼絲的應(yīng)力，σ₀為主纜鋼絲的初始應(yīng)力，E_ti為t時刻主纜第i層鋼絲的彈性模量，E_t1為t時刻主纜第1層鋼絲的彈性模量，α_ti為t時刻主纜第i層鋼絲的熱膨脹系數(shù)，α_t1為t時刻主纜第1層鋼絲的熱膨脹系數(shù)，n為主纜鋼絲數(shù)量，Δt_i為主纜第i層鋼絲t時刻與初始時刻的溫差，Δt₁為主纜第1層鋼絲t時刻與初始時刻的溫差，A為拉伸前鋼絲總的截面面積，A_i為t時刻第i層鋼絲的截面面積。

上述應(yīng)力重分布評估方法的應(yīng)用是：如σ_tif(T)，則判定第i層鋼絲會發(fā)生斷絲；其中，f(T)為主纜鋼絲在t時刻所對應(yīng)的T溫度時的抗拉強度。

另一種纜索體構(gòu)件受火狀態(tài)下的應(yīng)力重分布評估方法，所述纜索體構(gòu)件為懸索橋的吊索或斜拉橋的斜拉索；所述應(yīng)力重分布為：