吉林大学学报(工学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (4): 1188-1196.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230719

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基于正交试验法的悬索桥索夹螺杆紧固力损失影响因素

周勇军1,2(),穆丰睿2,蔡诚3,杨帆4   

  1. 1.长安大学 公路大型结构安全教育部工程研究中心,西安 710064
    2.长安大学 公路学院,西安 710064
    3.广西欣港交通投资有限公司 广西 钦州 535000
    4.陕西省交通规划设计研究院有限公司,西安 710065
  • 收稿日期:2023-07-10 出版日期:2025-04-01 发布日期:2025-06-19
  • 作者简介:周勇军(1978-),男,教授,博士.研究方向:桥梁结构动力分析与检测.E-mail: zyj@chd.edu.cn
  • 基金资助:
    广西科技重点研发计划项目(桂科AB23026225);陕西省秦创原“科学家+工程师”队伍建设项目(2025QCY-KXJ-136)

Influence factors of preload loss in cable clamp bolt of suspension bridge based on orthogonal experiment method

Yong-jun ZHOU1,2(),Feng-rui MU2,Cheng CAI3,Fan YANG4   

  1. 1.Large Structures Highway Safety Engineering Research Center of the Ministry of Education,Chang'an University,Xi'an 710064,China
    2.School of Highway,Chang'an University,Xi'an 710064,China
    3.Guangxi Xingang Transportation Investment Co. ,Ltd. ,Qinzhou 535000,China
    4.Shaanxi Provincial Transport Planning Design and Reaseach Institute Co. ,Ltd. ,Xi'an 710065,China
  • Received:2023-07-10 Online:2025-04-01 Published:2025-06-19

摘要:

为研究悬索桥索夹螺杆紧固力损失的影响因素及敏感度,建立了广西某大桥索夹局部有限元模型,并利用蠕变试验结果对有限元模型进行验证。在此基础上,分别考虑螺杆的应力松弛速率、主缆蠕变速率、主缆空隙率、吊索力大小、螺杆的初始紧固力、索夹倾角和主缆与索夹温差等因素,利用正交试验法设计27种索夹螺杆紧固力损失的有限元分析工况,研究它们对螺杆紧固力的影响。研究结果表明:索夹螺杆紧固力损失随螺杆自身应力松弛速率的增大而增大;主缆蠕变速率对索夹螺杆紧固力损失的影响极其显著,索夹螺杆紧固力损失随主缆蠕变速率的增大而显著增大;索夹与主缆的温差对索夹螺杆紧固力损失的影响显著,螺杆紧固力损失随主缆与索夹温差的增大而减小;常见的主缆空隙率对索夹螺杆紧固力损失的影响相对较小;吊索力大小对索夹螺杆紧固力损失的影响可以忽略不计;螺杆紧固力损失随螺杆初始紧固力增大呈现先增大后减小的规律;索夹倾角对同一索夹不同位置的螺杆紧固力损失的影响有所差异;本文研究结论可为悬索桥的设计及养护提供参考。

关键词: 桥梁工程, 螺杆紧固力, 正交试验, 应力松弛, 温差, 初始紧固力

Abstract:

In order to study the influence factors affecting the preload loss of the cable clamp bolt of the suspension bridge and its sensitivity, a local finite element model of the cable clamp in a suspension bridge in Guangxi province was established, and then was verified by the creep test results. Next, 27 finite element models of bolt clamp were set up by using the orthogonal experiment method to study the influence factors on preload loss which include the stress relaxation rate of the bolt, the creep rate of the cable, the porosity of the cable, the suspender force, the initial preload of the bolt, the cable clamp inclination angle and the temperature difference between cable and clamp. The research results show that: the preload loss of the bolts increases with the stress relaxation rate of the bolts. The cable creep rate has a significant impact on the preload loss of the bolts. The preload loss increases significantly with the cable creep rate. The temperature difference between the clamp and the cable has a significant impact on the preload loss of the bolt, the bolt preload loss decreases as the temperature difference increases. The influence of the cable porosity on the preload loss of the bolts is relatively small. The impact of the suspender force on the preload loss of the bolt is negligible. The preload loss of the bolts initially increase and then decrease with the increasing initial preload of the bolts. The influence of the cable clamp inclination angle on the different bolts in the same clamp is unclear. The research conclusions can provide references for the design and maintenance of the suspension bridge cable.

Key words: bridge engineering, bolt preload, orthogonal experiment, stress relaxation, temperature difference, initial preload

中图分类号: 

  • U44

图1

索夹有限元模型"

图2

螺杆蠕变试验总体布置"

表1

材料蠕变参数"

构 件

初始应力

/MPa

A/10-6nm
螺杆3911.346 60.374 80.282 1
4533.714 10.351 20.256 5
5154.328 40.32530.270 6
主缆850433.280 01.159 00.286 5
1 12070.203 01.034 80.194 3
1 19010.836 01.088 50.148 4

图3

螺杆与主缆剩余应力理论值与有限元值对比"

表2

螺杆紧固力损失正交试验影响因素及水平"

因素水平螺杆应力松弛速率①主缆蠕变速率②主缆空隙率/%③吊索力大小/kN④螺杆的初始紧固力/kN⑤索夹倾角/(°)⑥主缆与索夹温差/℃⑦
水平10.80.5161 5004700-2
水平21.00.6181 750620100
水平31.20.7202 000780202

表3

螺杆紧固力损失正交试验工况"

工况螺杆应力松弛速率主缆蠕变速率主缆空隙率/%吊索力大小/kN螺杆的初始紧固力/kN索夹倾角/(°)主缆与索夹温差/℃
10.80.5161 5004700-2
20.80.5161 500620100
30.80.5161 500780202
40.80.6181 7504700-2
50.80.6181 750620100
60.80.6181 750780202
70.80.7202 0004700-2
80.80.7202 000620100
90.80.7202 000780202
101.00.5182 000470102
111.00.5182 00062020-2
121.00.5182 00078000
131.00.6201 500470102
141.00.6201 50062020-2
151.00.6201 50078000
161.00.7161 750470102
171.00.7161 75062020-2
181.00.7161 75078000
191.20.5201 750470200
201.20.5201 75062002
211.20.5201 75078010-2
221.20.6162 000470200
231.20.6162 00062002
241.20.6162 00078010-2
251.20.7181 500470200
261.20.7181 50062002
271.20.7181 50078010-2

图4

螺杆编号示意(尺寸单位:mm)"

图5

不同螺杆应力松弛速率水平下的紧固力损失率"

图6

不同主缆蠕变速率水平下的紧固力损失率"

图7

不同主缆空隙率水平下的紧固力损失率"

图8

不同吊索力水平下的紧固力损失率"

图9

不同螺杆初始紧固力水平下的紧固力损失率"

图10

不同索夹倾角水平下的紧固力损失率"

图11

不同温差水平下的紧固力损失率"

图12

1~4号螺杆各影响因素敏感度"

表4

螺杆紧固力损失敏感性参数分析"

因素1号螺杆2号螺杆3号螺杆4号螺杆
螺杆应力松弛速率*************
主缆蠕变速率******************
主缆空隙率********
吊索力大小******
螺杆的初始紧固力************
索夹倾角**********
温差**************
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