r - The Hong Kong Polytechnic University

拉 索 频 率 阶 数 也 低 于 钢 拉 索 ( 图 37)。
Distributed load (kN/m)
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
with steel cable
with CFRP cable
with BFRP cable
with hybrid B/CFRP cable
0 20 40 60 80 100 120 140
Vertical displacement of mid-span (m)
图 36 各 种 纤 维 复 合 拉 索 斜 拉 桥 L-D 关 系
First natural frequency (Hz
3
2.5
2
1.5
1
0.5
Steel cable
CFRP cable
BFRP cable
Hybrid B/CFRP cable
0
150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Length of stay cables (m)
图 37 拉 索 和 全 桥 自 振 频 率 比 较
[46-47]
(2) 千 米 到 万 米 级 大 跨 斜 拉 桥 纤 维 复 合 拉 索 设 计 方 法 研 究
研 究 考 虑 对 于 不 同 跨 度 斜 拉 桥 , 不 同 纤 维 复 合 拉 索 可 以 具 有 不 同 的 设 计 安 全 系 数 , 从 而 更 加 充
分 的 利 用 各 自 材 料 性 能 。 从 拉 索 的 设 计 安 全 系 数 和 等 效 弹 性 模 量 和 等 效 刚 度 的 关 系 出 发 , 得 到 安 全
系 数 设 计 上 限 和 下 限 ( 疲 劳 强 度 控 制 ), 并 提 出 三 段 式 系 数 模 型 描 述 这 一 规 律 及 指 导 拉 索 设 计 , 如
图 38 所 示 。
同 时 , 从 材 料 刚 度 利 用 效 率 和 强 度 利 用 效 率 两 方 面 ( 即 等 效 弹 性 模 量 和 等 效 刚 度 ) 出 发 , 得 到
最 优 化 材 料 强 度 和 刚 度 使 用 效 率 的 拉 索 设 计 系 数 λ 2 ( 图 39), 据 此 推 导 提 出 了 各 种 纤 维 复 合 拉 索 的
优 化 适 用 跨 径 , 阐 明 了 各 种 纤 维 复 合 拉 索 的 不 同 优 势 跨 度 ( 图 40), 最 后 结 合 造 价 比 较 , 定 量 分 析
了 1000-3000m 跨 度 , 各 种 拉 索 的 造 价 比 , 结 果 表 明 随 着 跨 度 的 增 加 , 碳 纤 维 及 其 和 玄 武 岩 纤 维 的
混 杂 纤 维 拉 索 与 钢 拉 索 的 相 对 造 价 不 断 减 小 , 但 3000m 跨 度 内 它 们 仍 维 持 在 2.7~3.8 倍 的 造 价 之 间 ;
在 此 跨 度 内 , 玄 武 岩 纤 维 - 钢 丝 混 杂 拉 索 具 有 与 钢 拉 索 非 常 接 近 的 造 价 比 ( 低 于 1.5 倍 ), 具 有 很 高
的 性 价 比 ( 图 41)。
2
λ
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
图 38 三 段 式 拉 索 安 全 系 数 模 型
HS steel cable CFRP cable B/CFRP 25% cable
B/SFRP 20% cable B/SFRP 30% cable B/CFRP 50% cable
BFRP cable
2
λ =1.78
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Horizantal length of cable (m)
图 40 各 种 拉 索 适 用 跨 径
Esec/E0 and EsecA/(EsecA)max
Esec/E0 EsecA/(EsecA)max
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
2
λ =1.78
0.01 0.1 1 10 100 1000
2 λ
图 39 拉 索 等 效 弹 性 模 量 和 等 效 刚 度 与 λ2 关 系
Relative cost
5.00
4.50
4.00
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
1000 2000 3000
Main span (m)
HS steel
CFRP
BFRP B/CFRP 25%
B/CFRP 50% B/SFRP 20%
B/SFRP 30%
图 41 多 种 拉 索 造 价 比 较
(3) 混 杂 纤 维 复 合 拉 索 自 减 振 设 计 方 法 研 究
[48-49]
由 于 大 跨 斜 拉 桥 拉 索 振 动 问 题 突 出 , 并 考 虑 充 分 利 用 混 杂 纤 维 复 合 材 料 的 特 性 , 在 普 通 混 杂 拉
索 的 基 础 上 设 计 提 出 了 自 减 振 混 杂 纤 维 拉 索 。 具 体 如 图 42 所 示 , 自 减 振 拉 索 将 两 种 纤 维 材 料 相 对
分 开 , 把 拉 索 从 截 面 上 分 为 内 拉 索 和 外 拉 索 , 两 种 拉 索 间 填 充 粘 弹 性 材 料 。 因 为 内 外 拉 索 具 有 不 同
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