浅析风对悬索桥梁结构的影响之我见

1、浅析风对悬索桥梁结构的影响之我见一、大跨径悬索桥在抗风设计中所存在的问题1、桥梁断面的气动参数桥梁断面的气动力(力矩)系数,气动导数温和动导纳是桥梁抗风设计中的重要气动参数。气动力(力矩)主要用于桥梁的稳定性分析,通过节段模型可以精确举行测量。气动导数主要用于桥梁的颤振分析,通过节段模型风洞实验的方法举行测量,气动导数的测量精度对决定桥梁颤振临界风速有重要的影响,特殊是当桥梁颤振是多振型、多变量耦合的形态时更是如此。在风洞实验中用节段末年兴奋测量气动导数时,要求在耦合振动实验中,模型以纯单一模态运动,但实际上很难做到,因此,如何从风洞实验技术和数据处理方法这两方面来提高气动导数的测量精度是目前

2、研究工作的重点,如何从风洞实验技术和数据处理方法这两个方面来提高气动导数的测量精度是目前研究工作的重点。另外,通过不同桥梁断面样子在不同风速和不同湍流度下的系列实验建立一个气动导数的计算公式,亦是一个研究内容。气动导纳主要用于考虑抖振动的非定常效应,在研究大跨度桥梁抖振响应时有很重要的作用。目前,对流线性的桥梁断面可采用平板或翼型气动导纳的Sears函数来考虑抖振力的非定常效应,但是,对于复杂的桥梁断面样子,这种方法会产生误差。因此,对气动导纳的研究亦应非常关注。气动导纳的研究工作还有待进一步深化,特殊是在湍流场中如何精确建立钝体的非线性、非定常气动力学模型。2、桥梁的拉索振动桥梁的拉索振动的

3、形式有涡激振动、尾流振动、参数共振和斜索雨振等,其中研究的重点应当是斜索雨振。下雨时,大跨度斜拉桥的斜索在一定的风速和风向范围内会引成一条稳定的上水路,发生大幅度的振动,称为雨振。这种振动会引起相邻斜索的碰撞,使其庇护皮破损;还会使斜索末端禁固件产生疲惫损伤,导致减震器损坏,危及桥梁的平安。我国上海南浦大桥、杨浦大桥和武汉长江二桥建成后相继观看到斜索雨振现象。国内为对斜索雨振的机理举行了许多研究,除了用驰振理论解释外,还实用二次流理论和能量输入理论来解释雨振现象。中国空气动力研究与进展中心对斜索雨振现象举行了风洞实验,通过测量雨振斜索上的脉动压力分布来研究影响雨振的因素,并将雨振脉动压力积分得

4、到的非定常气动力模型引入斜索雨振时的振幅计算。有关斜索雨振的机理还有待进一步研究。风对结构的作用不仅是静力问题,对于大跨度柔度桥梁,各类风致振动更是抗风设计时的主要内容。在大跨度桥梁的抗风设计时,除理论分析之外,更主要是通过模型风洞实验予以决定和评价。最后指出了有关风对桥梁作用的研究中,需要进一步研究桥梁断面的气动参数和桥梁拉索振动这两个问题。二、风动力对桥梁结构的影响 大跨度桥梁,尤其是对风较为敏感的大跨度悬索桥和斜拉桥,除需要考虑静风荷载的作用之外,更主要考虑风对结构的动力作用。其中对桥梁的动稳定性研究尤为重要。颤振和抖振是桥梁最主要的两种动稳定性问题。1、颤振颤振是桥梁结构在气动力、弹性

5、力和惯性力的耦合作用下产生的一种发散振动,是在一定的临界风速下结构振动振幅急剧增强而会导致结构毁坏的一种发散振动。发散振动是一种空气动力失衡现象,它主要是由于结构的运动(振动)影响了气流经过桥梁时的绕流状态,因而影响了气动力,从而产生一种所谓自激力,结构在自激力作用下振幅越来越大最后导致动力失稳。因为这种振动一经发生就会导致结构的整体破坏,因而在抗风设计中,要求发生颤振的临界风速大于主梁的设计风速并留有一定的平安余量。同时，桥梁发生何种颤振与主梁截面的气动外形有这亲密关系,通常来讲,主梁截面的流线性越好,气动稳定性越好。因此,在大跨度桥梁的初步设计阶段,有须要对主梁截面举行比选或通过风洞实验对

6、基本截面举行优化,以保证结构的抗风平安性。2、 抖振抖振又称为阵风相应,它主要由大气中的紊流成份(即脉动风)所激起,是一种随机强迫振动。虽然是一种限幅振动,但因为发生抖振的风速低,频率大,会导致结构局部疲惫,影响行人和车辆行驶的平安性,因此桥梁抗风设计时也要举行抖振相应分析。近年来,随着对抖振机理的深化认识,提出了一种新的抖振响应分析方法,在频域抖振相应分析中考虑了随意运动的自激力,以及在大变形下桥梁结构非线性的是与抖振响应分析方法,提高抖振响应分析的可信度。同济高校对桥梁抖振相应分析方法举行了简化,给出了有用的计算公式。对抖振的研究表明:随着桥梁跨度的增大,结构的柔性增强,抖振也会相应增大;

7、且随着风速的增大,抖振相应(振幅及结构内力)会成倍增大。因此,对于设计风速较高或跨度较大的各式桥梁,尤其对大跨度斜拉桥和悬索桥,抗风设计中务必对抖振相应举行检算。三、大跨桥梁的抗风设计对策大桥工程的挑战性主要表现在团跨度的超大化所带来的结构非线性航风稳定性、施工控制、拉索振动控制，超高桥塔的抗震，以及50m以上的超深水基础和软土锚碇等难题。1、提高系统整体刚度。大跨度悬索桥的结构刚度主要来自于主缆，因此提高结构整体刚度的着眼点应放在主缆上。通过调节主缆同加劲梁的相对位置和增强特定的水平和横向的辅助索可以达到提高结构抗扭刚度和扭转振动频率的目的，而颤振临界风速同桥梁扭转频率和扭弯频率比直接相关，所以这类方法对提巍峨跨和超大跨悬索桥的颤振稳定性也是行之有效的。此外，有的学者还提出应用空间索系来提高悬索桥的侧向和扭转刚度，虽然在理论上十分有效，但因为施工的过于复杂目前很难付诸实施。2、水平辅助索。利用水平辅助索可以提高悬索桥的抗扭刚度从而提高扭转振动频率。由于加劲梁扭转模态振动时两根主缆作异相颤动，表现为沿着桥梁轴线的反驳称运动，而水平辅助索将有效地抑制这种主缆的反驳称颤动，从而提高结构的抗扭刚度。其效果类似于桥塔抗扭刚度的增加。3、横向辅助索。这些辅助索的共同效果在于将加劲梁的扭转振动同侧向水平振动在一