【泸定大渡河特大桥猫道施工抗风稳定性分析案例5000字】

泸定大渡河特大桥猫道施工抗风稳定性分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u28611泸定大渡河特大桥猫道施工抗风稳定性分析案例 1228761.1.1猫道布置及结构参数 1318011.1.2风场特性 246321.1.3节段模型风洞试验 3155601.1.4猫道静风稳定性非线性分析 71931.1.5猫道抖振分析 1435661.1.6风致振动结果分析 20猫道布置及结构参数泸定大渡河大桥是一座跨径组合为217m（雅安侧）+1100m（主跨）+249m（康定侧）的悬索桥。该桥施工猫道的总体布置图如REF_Ref71734783\h图STYLEREF1\s410所示。施工猫道的线形与主缆中心线平行（垂跨比与主缆一致，均为1/9.726）。猫道共有9个横通道连接左右两幅猫道，以增加横向刚度。其中两个边跨各1个横通道，主跨共7个横向通道（间距137.5m）。每幅猫道由猫道承重绳、门架承重绳、扶手绳、面层网、门架、门架和锚固系统组成。猫道的面层网由两层钢丝网和防滑木条组成。上述各部件的具体性质罗列在REF_Ref71734771\h表STYLEREF1\s42中。图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s110泸定大渡河大桥猫道总体布置图表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s12猫道各部件的具体特性序号分项名称规格型号及数量单重（kg）单重(kg/m)单位数量总计备注1猫道承重绳Фk/m2门架承重绳Фk/m3上扶手索Фk/m4中扶手索Фk/m5下扶手索Фk/m6扶手侧网Фk/m7横向通道55008上层面层网Фk/m9底层面层网Фk/m防滑木条□k/m大横梁□k/m每6m小横梁□k/m每6m其他恒载k/m14猫道滚轮kg/m风场特性根据设计施工部门的给出的设计资料和说明文件，该桥主梁高度处一百年一遇的设计基准风速为：V10=32.6m/s猫道是主缆架设和加劲梁吊装期间的临时结构，因此可以按照20年的重现期计算施工阶段的设计风速。根据规范，施工阶段20年重现期的风速为：大渡河大桥猫道不同高度处的风速计算公式为：其中V(z)是猫道不同高度的设计基准风速，=28.7m/s，z为猫道计算高度，根据规范，地表类型选为D类，则地表粗糙度系数=0.3。本报告按照非线性静力抗风稳定性计算，检验风速取设计风速的1.2倍。节段模型风洞试验猫道节段模型静力三分力风洞试验在西南交通大学单回流串联双试验段工业风洞（XNJD-1）第二试验段中进行了风洞试验。REF_Ref71734862\h图STYLEREF1\s411与REF_Ref71734867\h图STYLEREF1\s412给出了来流风速V=15.14m/s和V=20.41m/s时风轴系和体轴系下的三分力系数曲线，下标1和2分别表示来流风速15.34m/s和20.41m/s下得到的结果。可以看出两个风速下的三分力系数吻合程度较高，因此可以忽略雷诺数对实验结果的影响。两个来流风速下的得到的风轴系和体轴系的三分力系数的平均值如REF_Ref71734854\h表STYLEREF1\s43所示。图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s111风轴系下的静力三分力系数图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s112体轴系下的三分力系数表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s13静力三分力系数（均值）风攻角(°)风轴系体轴系CDCLCMCHCVCM-200.85836-0.01176-0.013250.79533-0.11590-0.01325-190.85557-0.01248-0.015920.79758-0.11128-0.01592-180.84795-0.01320-0.015530.79502-0.10614-0.01553-170.83065-0.01404-0.017690.78286-0.10016-0.01769-160.81414-0.01341-0.024480.77225-0.09304-0.02448-150.79995-0.01305-0.028350.76323-0.08655-0.02835-140.78414-0.01206-0.028270.75268-0.07945-0.02827-130.76691-0.01133-0.027890.74012-0.07265-0.02789-120.75204-0.00994-0.027040.72982-0.06557-0.02704-110.73730-0.00873-0.025910.71908-0.05882-0.02591-100.71123-0.00895-0.025160.69607-0.05292-0.02516-90.70055-0.00895-0.023410.68801-0.04797-0.02341-80.68376-0.00676-0.022980.67448-0.04068-0.02298-70.66235-0.00463-0.021400.65583-0.03343-0.02140-60.64874-0.00274-0.019900.64438-0.02695-0.01990-50.62170-0.00237-0.018500.61876-0.02171-0.01850-40.60124-0.00159-0.017210.59946-0.01657-0.01721-30.58123-0.00053-0.017300.58035-0.01139-0.01730-20.565710.00063-0.015530.56542-0.00642-0.01553-10.551010.00287-0.016720.55107-0.00056-0.0167200.552590.00513-0.014910.552590.00513-0.0149110.546440.00872-0.014240.545930.01212-0.0142420.551040.01352-0.014570.549390.02038-0.0145730.548410.01535-0.014810.545410.02557-0.0148140.555780.01830-0.016050.550850.03211-0.0160550.571580.02286-0.017350.563820.04057-0.0173560.594710.02591-0.019970.583870.04797-0.0199770.606630.02924-0.020520.592130.05542-0.0205280.626600.03256-0.021530.607810.06339-0.0215390.641730.03518-0.022550.618420.07060-0.02255100.652720.03770-0.022710.624470.07761-0.02271110.685600.03987-0.025270.651710.08586-0.02527120.701220.04114-0.026210.661950.09231-0.02621130.714750.04271-0.027010.669530.09904-0.02701140.743210.04479-0.026070.690790.10768-0.02607150.751770.04667-0.026350.692340.11457-0.02635160.770780.04885-0.028130.703220.12283-0.02813170.788990.05216-0.026540.711810.13227-0.02654180.796610.05466-0.024520.710320.13990-0.02452190.820030.05657-0.015280.723780.14884-0.01528200.830250.05852-0.018670.724140.15640-0.01867猫道断面颤振导数识别风洞试验分别按照攻角α=-3°、0°、+3°三种工况进行了风洞试验。猫道三种攻角下的颤振导数数据如REF_Ref71734902\h表STYLEREF1\s44颤振导数试验结果（风攻角+3°）REF_Ref71734936\h表STYLEREF1\s46所示。表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s14颤振导数试验结果（风攻角+3°）U/fBH1*H4*A1*A4*U/fBH2*H3*A2*A3*00000000003.5531.52-48.58-7.6257.311.8033.09-8.11-6.7822.7210.227.76-56.231.3438.318.305.34-57.144.4237.7616.0187.3314.08-22.70-1.0713.0355.7123.16-27.33-3.5321.9054.60-20.04-14.748.3117.7764.78-8.37-17.414.9924.9722.02-14.68-5.5648.8622.5416.18-62.12-5.8218.9526.5889.10-35.87-22.1511.7627.7670.25-59.39-42.0320.7230.59-2.15-27.880.4410.7228.89-0.11-13.62-0.276.7933.66-14.87-76.634.4446.9332.21-14.66-67.223.4643.7539.1353.8614.54-7.67-0.0336.3468.37-78.58-15.1446.9142.3524.42-113.24-8.8428.8942.5485.5927.90-13.96-3.54表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s15颤振导数试验结果（风攻角0°）U/fBH1*H4*A1*A4*U/fBH2*H3*A2*A3*00000000003.609.33-29.88-9.56-23.562.2112.2412.24-7.67-14.8710.1731.5436.81-13.75-6.2610.2947.3747.37-21.61-11.3016.12-6.3134.722.29-25.6011.79-7.03-7.033.52-22.6721.754.24-31.54-0.91-27.9613.316.986.980.87-16.8624.925.26-33.97-8.49-22.4014.4710.1510.15-7.04-14.5227.704.90-144.40-9.49-22.4615.359.239.23-6.56-9.8833.48-25.63-65.24-1.54-35.0117.96-21.76-21.76-0.63-16.4236.62-28.47-126.74-0.57-27.2518.92-20.51-20.51-0.22-11.3239.61-24.48-151.18-0.43-22.3720.38-15.92-15.92-0.60-8.9444.24-15.39169.34-1.20-46.8243.07-35.18-35.18-1.44-15.46表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s16颤振导数试验结果（风攻角-3°）U/fBH1*H4*A1*A4*U/fBH2*H3*A2*A3*00000000003.5417.8313.75-4.47-7.412.8821.7615.90-5.40-8.288.3247.43-7.10-11.650.4710.3491.48-7.25-22.17-2.3916.3941.67-61.15-9.3910.7415.0541.98-99.27-9.966.9122.4331.89-58.86-8.818.7419.6435.49-96.42-8.185.9825.6740.69-77.06-9.7513.9025.5443.34-108.04-9.658.6727.3327.52-70.71-6.906.1028.6786.09-113.57-17.4229.7134.6235.99-93.95-26.4781.3331.83166.53-152.81-42.01104.4935.7846.24-97.40-11.5219.4734.0550.29-122.72-11.3811.6237.9456.93-134.06-8.9618.8138.4864.48-124.03-7.6410.3643.872.48-148.84-9.43-44.4441.30155.3681.46-36.04-28.02猫道静风稳定性非线性分析利用猫道节段静力三分力试验结果和有限元分析软件ANSYS，对猫道进行了非线性抗风静力稳定性分析，建立有限元模型如REF_Ref71734956\h图STYLEREF1\s413所示。图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s113猫道计算模型整体典型位置位移、内力随风速变化的关系会如下图中。各典型位置的代号及含义如REF_Ref71734972\h表STYLEREF1\s47所示。表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s17各典型位置代号及含义序号代号位置1YA1/4雅安侧猫道1/4跨2YA1/2雅安侧猫道1/2跨3YA3/4雅安侧猫道3/4跨4M1/8中跨猫道1/8跨5M1/4中跨猫道1/4跨6M3/8中跨猫道3/8跨7M1/2中跨猫道1/2跨8M5/8中跨猫道5/8跨9M3/4中跨猫道3/4跨10M7/8中跨猫道7/8跨11KD1/4康定侧猫道1/4跨12KD1/2康定侧猫道1/2跨13KD3/4康定侧猫道3/4跨通过风荷载增量内外双重迭代的方法，考虑几何非线性和风荷载的非线性进行猫道的静风稳定分析。整个分析采用大型有限元分析软件ANSYS进行，初始风攻角为0°，初始风速定位5m/s，风速增量为5m/s，最后得到的静风稳定的临界风速为60m/s。猫道迎风侧和背风侧的竖向、侧向和扭转位移随风速的变化如REF_Ref71735129\h图STYLEREF1\s414、REF_Ref71735142\h图STYLEREF1\s415所示，图中所指风速为水面以上10m高度处，20年重现期10分钟平均最大风速。

(a)竖向位移(b)侧向位移(c)扭转角图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s114各典型位置迎风侧位移随风速变化图(a)竖向位移(b)侧向位移(c)扭转角图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s115各典型位置背风侧位移随风速变化图(a)猫道承重绳应力(b)门架承重绳应力图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s116各典型位置迎风侧承重绳应力随风速的变化(a)猫道承重绳(b)门架承重绳图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s117各典型位置背风侧承重绳应力随风速的变化由图可见，侧向和竖向位移随风速增加而增加但未出现发散现象。迎风侧和背风侧猫道侧向位移、竖向位移随风速变化规律一致，数值上迎风侧稍大于背风侧。扭转角最大值出现在中跨猫道的1/4和3/4跨位置，而并不是1/2跨位置。因为1/2位置处有横向通道连接左右两跨猫道，对猫道的扭转有一定约束，并且该位置处风速低于1/4和3/4跨位置，所受风荷载也小。猫道承重绳和门架承重绳的应力随风速的变化如REF_Ref71735156\h图STYLEREF1\s416和REF_Ref71735163\h图STYLEREF1\s417所示，应力随风速增大而增大，迎风侧和背风侧的应力随风速变化的规律一致，背风侧数值大于迎风侧，未观察到应力发散现象且应力都在容许应力范围之内。对比猫道承重绳和门架承重的应力值可以发现，单根门架承重绳的拉应力大于猫道承重绳的拉应力值。随着风速增加，扭转角也在增加。当风速V10=60m/s时，中跨猫道的1/4和3/4位置处的扭转位移随着风速一个很小的增量而急剧增大，出现了扭转失稳现象，扭转失稳的形态如REF_Ref71735332\h图STYLEREF1\s418所示。因此可以判断静风失稳的临界风速为60m/s，大于检验风速。图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s118中跨猫道1/4跨位置处的失稳形态图（风速V10=60m/s）猫道抖振分析猫道作为悬索桥施工时重要的临时结构，不仅要保证结构具有足够的安全性，对施工时的舒适性和结构的耐久性提出了一定的要求。利用传统的Scanlan抖振分析方法来计算猫道的抖振响应，不能考虑风速随高度的变化。用该传统方法分析计算大渡河大桥猫道在无主缆状态（猫道最低点致桥塔锚点处高差大，风速变化较大）的抖振问题时将十分棘手。本报告采用基于有限元的CQC抖振频域分析方法来计算该桥抖振响应，可以充分考虑风速随高度的变化规律，得到精确的计算结果泸定大渡河大桥横跨大渡河，抖振分析中考虑桥位处最大施工风速和设计风速两种工况。一般情况下，当主梁高度处风速大于14m/s时，工人应该停止施工。因此，本报告的两个计算风速为14m/s和设计风速28.7m/s。通过上述方法，对施工风速（六级最大风速为14m/s）和设计风速（28.7m/s）两种工况进行求解得到抖振响应计算结果。在最大施工风速14m/s时，迎风侧和背风侧猫道竖向、横向抖振位移均方根，典型位置处的抖振加速度均方根如REF_Ref71735417\h图STYLEREF1\s419~REF_Ref71735506\h图STYLEREF1\s423所示。在设计风速28.7m/s时，迎风侧和背风侧猫道竖向、横向抖振位移均方根，典型位置处的抖振加速度均方根如REF_Ref71735495\h图STYLEREF1\s424~REF_Ref71735586\h图STYLEREF1\s428所示。图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s119竖向抖振位移RYA值V10=14m/s图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s120侧向抖振位移RYA值V10=14m/s图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s121扭转抖振位移RYA值V10=14m/s图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s122竖向抖振加速度V10=14m/s图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s123侧向抖振加速度V10=14m/s图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s124竖向抖振位移RYA值V10=28.7m/s图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s125侧向抖振位移RYA值V10=28.7m/s图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s126扭转抖振位移RYA值V10=28.7m/s图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s127竖向抖振加速度RYA值V10=28.7m/s图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s128侧向抖振加速度RYA值V10=28.7m/s风致振动结果分析前两节分别得到了猫道的静风响应和抖振响应，为了给工程应用提供参考，本章对上述两类响应分别在最大施工风速（14m/s）和设计风速(28.7m/s）两种工况进行汇总，列出各典型位置处的最大位移响应和最大内力响应。最后根据抖振分析得到的加速度响应，对最大施工风速下猫道的舒适度进行评价。最大位移响应通常，最大位移响应由下式计算：式中，umax为最大位移响应，us为静风位移响应，ub抖振位移响应RYA值，3.5为峰值因子。各典型位置的最大竖向位移，侧向位移和扭转位移响应如REF_Ref71735619\h表STYLEREF1\s48~REF_Ref71735654\h表STYLEREF1\s411所示。表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s18最大施工风速（V10=14m/s）猫道最大位移响应（迎风侧）位置最大竖向位移（m）最大侧向位移（m）最大扭转位移（°）位置最大竖向位移（m）最大侧向位移（m）最大扭转位移（°）YA1/4-0.271-0.0611.005M5/80.4671.6153.019YA1/2-0.375-0.0730.395M3/40.6901.0923.626YA3/4-0.256-0.0670.954M7/80.4950.4322.172M1/80.4820.4392.145KD1/4-0.185-0.0751.298M1/40.6491.0963.610KD1/2-0.316-0.0700.507M3/80.4441.6172.986KD3/4-0.304-0.0531.231M1/20.2251.8151.162表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s19最大施工风速（V10=14m/s）猫道最大位移响应（背风侧）位置最大竖向位移（m）最大侧向位移（m）最大扭转位移（°）位置最大竖向位移（m）最大侧向位移（m）最大扭转位移（°）YA1/4-0.269-0.0520.969M5/80.4881.6172.937YA1/2-0.374-0.0680.469M3/40.6841.0943.560YA3/4-0.255-0.0600.994M7/80.4630.4352.177M1/80.4540.4442.152KD1/4-0.186-0.0691.316M1/40.6481.1003.523KD1/2-0.318-0.0620.403M3/80.4661.6202.877KD3/4-0.313-0.0421.115M1/20.2491.8181.041表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s110设计风速（V10=28.7m/s）猫道最大位移响应（迎风侧）位置最大竖向位移（m）最大侧向位移（m）最大扭转位移（°）位置最大竖向位移（m）最大侧向位移（m）最大扭转位移（°）YA1/4-0.2580.1212.972M5/84.70220.79016.368YA1/2-0.3530.2011.508M3/46.22315.73020.730YA3/4-0.2440.0872.928M7/84.6568.17514.317M1/84.6458.20914.176KD1/40.0130.2966.455M1/46.17715.76520.464KD1/20.0400.5543.272M3/84.66520.81216.064KD3/4-0.0630.3905.990M1/22.89622.5578.472表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s111设计风速（V10=28.7m/s）猫道最大位移响应（背风侧）位置最大竖向位移（m）最大侧向位移（m）最大扭转位移（°）位置最大竖向位移（m）最大侧向位移（m）最大扭转位移（°）YA1/4-0.2550.1412.929M5/84.75220.79316.258YA1/2-0.3500.2061.578M3/46.20315.73320.633YA3/4-0.2400.0932.954M7/84.5668.18014.324M1/84.5658.21914.184KD1/40.0110.3096.460M1/46.16815.77420.347KD1/20.0360.5673.168M3/84.71420.81715.928KD3/4-0.0890.4145.877M1/22.95222.5608.350猫道最大内力响应通常，最大内力响应由下式计算，式中，为最大内力响应，为静风内力响应，抖振内力响应RYA值，3.5为峰值因子。各典型位置猫道承重绳和门架承重绳的最大内力响应如REF_Ref71735671\h表STYLEREF1\s412~REF_Ref71735723\h表STYLEREF1\s415所示。表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s112最大施工风速（V10=14m/s）猫道最大拉应力（迎风侧）位置猫道承重绳最大拉应力（MPa）门架承重绳最大拉应力（MPa）位置猫道承重绳最大拉应力（MPa）门架承重绳最大拉应力（MPa）YA1/4148.82146.61M5/8166.68162.33YA1/2149.65142.36M3/4167.37165.74YA3/4147.84149.13M7/8165.51170.04M1/8168.35172.37KD1/4164.58151.15M1/4168.62166.76KD1/2166.95145.25M3/8166.20163.12KD3/4162.64146.62M1/2165.66161.01表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s113最大施工风速（V10=14m/s）猫道最大拉应力（背风侧）位置猫道承重绳最大拉应力（MPa）门架承重绳最大拉应力（MPa）位置猫道承重绳最大拉应力（MPa）门架承重绳最大拉应力（MPa）YA1/4148.31