21世纪刚架桥发展动态及关键技术分析土木1110 11160299 司振摘要：刚架桥的分类，刚架桥的未来发展和最新技术的应用，关于建设过程中关键技术分析关键词：单跨，多跨，直柱式，斜柱式，大跨径连续刚架，关键技术分析，抗震性21st century development dynamics and key technology analysisof rigid frame bridgeSummary：Classificationof rigid frame, rigid frame bridge of the future development and application of the latest technologies，Analysis on construction process of key technologiesKeyword：single span，multispan，Column，Inclined column，For long-span continuous rigid frame，Key technology analysis，Antiknockcharacteristics1.刚架桥的定义刚架桥（刚构桥）是一种介于梁与拱之间的一种结构体系，它是由受弯的上部梁（或板）结构与承压的下部柱（或墩）整体结合在一起的结构。
由于梁和柱的刚性连接，梁因柱的抗弯刚度而得到卸荷作用，整个体系是压弯结构，也是有推力的结构。
（属于基本体系）2. 刚架桥的主要类型刚架桥可以是单跨或多跨。
单跨刚架桥的支柱可以做成直柱式( 也称门形刚架，如图 1a、 b、 c 所示) 或斜柱式( 也称斜腿刚架，如图 1d、 e所示) 。
图 1 单跨刚架桥的类型多跨刚架桥的主梁，可以做成 V 形墩身的刚架桥，亦可以做成连续式或非连续式。
非连续式是在主梁跨中设铰或悬挂简支梁，形成 T 形刚构或带挂梁的 T 形刚构，这样有利于采用悬臂法施工，而静定结构则可以减小次内力、简化主梁配筋。
中国桥梁结构抗风研究进展摘要：随着科学技术的发展，随着桥梁设计和施工水平的不断提高，桥梁的跨度也在不断增加，现代桥梁的跨度纪录不断被刷新。
进入21世纪后，桥梁跨度将突破2000米，甚至可能达到5000米。
而在桥梁跨度增加的同时，结构免不了采取措施减轻自重，也使得桥梁结构对于风的作用更加敏感，风也成为了桥梁设计中不可避免的问题，因此桥梁结构的抗风研究也愈来愈被人们重视。
本文将对中国桥梁结构抗风研究的现状与进展做出简要概述。
1.引言21世纪中国的桥梁工程取得了巨大的成就。
2008年6月30日，世界第一大跨径斜拉桥——苏通长江大桥正式通车；2008年5月1日，世界第一跨海大桥——杭州湾大桥正式通车；2003年6月28日，世界第一钢拱桥——上海卢浦大桥正式通车；2007年10月29日，世界第一座公路轻轨两用桥——重庆菜园坝长江大桥正式通车；2003年8月29日，世界上最大的跨径V撑梁式大桥——广州琶洲大桥正式通车……而不论是世界第一大跨径的斜拉桥亦或是世界第一跨海大桥，风力作用都是一个很严峻的问题，也是不可不考虑的因素，这就对我国的桥梁抗风研究有了很大的要求，而为了建成更长的桥、更稳固的桥，也要求桥梁的抗风研究取得更大的进展。
2.中国桥梁结构抗风研究进展2.1概述风对桥梁结构的作用机理十分复杂,是一种时间、空间变化的作用。
它受到风的特性、结构的动力特性和风与结构的相互作用三方面的制约。
2.2静力作用对桥梁的影响如结构刚度较大因而几乎不振动,或结构虽有轻微振动。
但不显著影响气流经过桥梁的绕流形态,因而不影响气流对桥梁的作用力,则风对桥梁的作用可近似地看作为一种静力荷载。
桥梁在风的静力作用下有可能发生强度、刚度和稳定性问题。
对于强度和刚度问题,如现行桥规中所规定的那样,主要需考虑桥梁在侧向风载作用下的应力和变形。
另外，对于静升力较大的情况,也需要考虑竖向升力对结构的作用。
对于柔性较大的特大跨度桥梁，则还需要考虑侧向风荷载作用下王梁整体的横向屈曲,其发生机制类似于桥梁的侧向整体失稳问题及在静力扭转力矩作用下主梁扭转引起的附加转角所产生的气动力距增量超过结构抗力矩时出现的扭转失稳问题。
桥梁抗风设计研究作者：谷子来源：《居业》2018年第06期[摘要]桥梁结构在风的作用下的破坏现象是危害性巨大且对交通影响极为恶劣的现象。
本文通过对于旧塔科马大桥桥毁事故的回顾阐释了桥梁抗风设计的重要性，同时对桥梁在风作用下的静力作用和动力作用做出了说明。
另外，本文通过从桥梁的结构措施、气动措施、机械减震措施三个方面说明了当今桥梁抗风的主要方法。
[关键词]桥梁风方程；杭风设计；桥梁减震文章编号：2095-4085（2018）06-0037-021 抗风设计的重要性[1，2]风对桥梁产生的不利作用是多方面的。
由风引起的不同程度的桥梁振动会产生各种各样的危害作用。
当振动达到人可以感知的范围时会使使用者产生不安全感。
剧烈的振动还可能造成桥梁毁坏并产生人员伤亡和巨大的经济损失。
桥梁的抗风设计不是自古就有的，而是在一次又一次的工程经验和工程事故中总结得出来的。
其中比较有名的是美国旧塔科马悬索桥的风毁事故（图1）。
旧塔科马大桥建于1940年，是一座悬索桥。
该桥主跨为853m，宽为11.9m，加劲梁采用H型板梁，梁高2.45ma该桥纤细的桥型也成为了其之后风毁的根本原因。
在刚通车使用的时候，旧塔科马桥就表现出在风的作用下产生强烈震动的情况，其振幅最大可达1.5m。
4个月后，由于放置在跨中约束主缆和加劲梁之间位移的斜拉索的断裂，旧塔科马桥的振型突然发生了改变。
在秒速18m的风的作用下，其扭转震动越来越强烈，主跨四分之一断面以±45°的幅度反复翻转。
在震动持续数小时后桥梁终于断裂，大部分加劲梁坠入河中。
后续科学家证明旧塔科马桥是由于发生了风致颤振导致了最后的破坏。
逐步研究表明大跨度柔性桥梁存在这多种形式的振动，如颤振、抖振、涡振、驰振等。
2 风对结构的作用2.1 静力作用结构保持静止或其振动不影响空气力，在稳定的风作用下的定常反应称为风的静力作用。
气流的流速及方向不变，绕过固定的桥梁时就形成了一个定常的流场。
桥梁抗风设计、风洞试验及抗风措施?46?北方交通201l桥梁抗风设计,风洞试验及抗风措施刘长宏,刘春,宋俊杰(中国华西工程设计建设有限公司大连分公司,大连116000)摘要:桥梁应具有抵抗风作用的能力,特别是大跨度桥梁,其柔性较大,设计时必须考虑颤振,抖振,涡激振动等空气动力问题,通过抗风设计,风洞试验,抗风措施来确定桥梁风荷载和抗风性能是大跨度柔性桥梁抗风研究的主要手段.关键词:桥梁;风荷载;颤振;节段模型;风洞试验中图分类号:U442.59文献标识码:B文章编号:1673—6052(2011)10—0046—021桥梁抗风设计的目的桥梁抗风设计的目的在于保证结构在施工和运营阶段能够:(1)对于可能出现的最大静风荷载,桥梁不会发生强度破坏,变形和静力失稳.(2)为了确保桥梁的抗风安全性,桥梁发生自激发散振动(如颤振)的临界风速必须高于桥梁的设计风速,并具备一定的安全储备,即:临界风速>安全系数X设计风速.对于颤振验算,通常安全系数取为1.2.(3)对于限幅振动,尽管其振幅有限,但因其发生的频率高,可能会引起结构的疲劳损伤或影响结构正常使用,使行人感到不适以及影响施工的Jl~,N进行等,所以也应将桥梁可能发生的限幅振动的振幅减小到可以接受的程度,即:最大响应≤容许值. 2桥梁抗风设计桥梁抗风设计大体可分为结构设计和结构抗风性能检验两个阶段.2.1结构设计阶段这一阶段的工作内容包括对桥位处风速资料的收集,风观测,风的特性参数选取等.根据全国基本风压分布图,并考虑桥址处的地形地貌情况,桥梁高度和桥跨长度,自然风的特征等因素,确定桥梁的设计风速,设计风荷载和自激振动检验风速.设计内容是提出抗风设计对结构设计的多项要求,作为确定桥梁结构体系,各构件的材料,形状,尺寸等的参考.其中最重要的是结构体系的抗风性能设计和结构断面形状的气动选型.2.2结构抗风性能检验阶段该阶段包括静力抗风性能和动力抗风检验两部分.静力抗风检验包括根据规范或通过风洞试验确定结构断面的静力气动力系数,计算出作用在桥梁各个部分的静风荷载,进而计算出在静风荷载作用下的结构内力,变形,检验结构的静力稳定性.动力抗风检验包括桥梁在施工及运营状态时的颤振特性,涡激共振特性,抖振特性检验.采用风洞试验或半试验半理论的方法给出桥梁的颤振临界风速形态,涡激共振的发生风速和振幅估计,抖振振幅及其产生的惯性力.对于颤振临界风速的确定,下面列出VanDerPut的近似公式,以考证临界风速的影响因素.在桥梁初步设计阶段,通常可采用下式估算临界风速U:r厂■——～1U_【l+(8—0～√.721~)Jb式中:一主梁截面几何形状折减系数,对于目前用于悬索桥或斜拉桥的流线型扁平箱梁,该值约为0.7～0.9;对于截面较钝的混凝土箱梁,该值可低达0.3～0.5;8一桥梁的扭转频率与竖弯频率之比;r一主梁截面的惯性半径;一主梁单位长度质量与空气的质量比;(1)一竖弯频率;b一半桥宽.从上式大致可以看出,主梁截面越扁平,流线型越好,临界风速越高;桥梁的刚度越大,固有频率越高;主梁越重,临界风速越高.因此同样截面的混凝土主梁比钢主梁对抗风更为有利.3桥梁动力抗风设计的基本方针对于大跨度柔性桥梁,如悬索桥和斜拉桥的抗第10期刘长宏等:桥梁抗风设计,风洞试验及抗风措施?47? 风设计则应特别注意动力抗风设计.桥梁动力抗风设计的基本方针是:(1)提高结构的临界风速,使之大于设计风速,即不会发生危险性的发散型风致振动;(2)减少各种限幅风致振动(涡激共振,抖振等)的振幅,使之控制在可以接受的范围内.为了使桥梁在使用期间内,在预计的强风作用下不损害桥梁的安全性和使用性,首先应掌握架桥地点的强风特性,决定桥梁的设计风速,并据此推测风对桥梁的作用,校核抗风安全性.如果判断有可能会发生上述有害的振动,就应考虑适当的防止对策或进行设计变更.4风洞试验在确定风引起的桥梁响应时,通常可采用已有的理论分析和风洞模型试验等方法.但由于桥梁断面形状复杂多样,用纯理论分析方法求解作用在桥梁上的空气力及风致振动响应相当困难.因此,采用风洞模型试验仍是目前抗风设计最有效和最可靠的手段.风洞试验是空气动力学研究的一个十分重要且不可替代的手段.它是在风洞实验室模拟大气边界层的实际风环境和实际建筑结构,根据实验室中的模型响应考察实际结构响应.对于复杂环境下,有复杂外形的桥梁结构风效应研究,用其它手段很难进行时,风洞试验只需对实际条件作适当的简化,就可以达到研究目的.风洞试验是目前采用最普遍,最有效的研究手段.通过精心设计的各种风洞试验,可以预测实桥的空气静力稳定性,动力稳定性以及是否有影响正常使用的风致振动现象等.所谓风洞(windtunne1),通常指一个可产生气流的闭合环形管道.风洞的种类很多,一般可依照不同的用途,由其供试验用区域(称作试验段,试验模型置于此段)的截面积和风速大小加以划分.用于进行桥梁空气动力学研究的风洞,在早期都是利用低速航空的风洞,目前已逐步采用专门用于结构风工程研究的大气边界层风洞.大气边界层风洞具有较长的,并可以模拟大气边界层内自然风特性的试验段.试验段的截面积从几平方米至几十平方米不等,试验风速可以从很低的风速(一般为1～2m/s)到每秒数十米.5桥梁风洞模型试验方法根据试验的目的,桥梁风洞模型试验分为主梁节段模型静力试验,动力试验和全桥模型试验等. (1)节段模型静力试验是将主梁(成桥状态时还包括栏杆)按一定的几何比例做成模型,然后支撑在风洞中进行试验,以测定静力三分力系数(C,c和cM)等.(2)动力试验是用弹簧(模拟桥梁其余部分对主梁节段的弹性约束作用)将节段模型悬挂在风洞中进行试验,弹簧常数由相似条件决定.这种试验可以直接给出桥梁颤振临界风速的二维近似试验结果.因试验模型制作容易,费用少,时间省,这种试验得到广泛应用.(3)全桥模型则是将各部分构件的几何外形,质量和刚度按相似关系做成全桥模型,以使模型的固有振动特性与实桥相似,试验的目的是全面测定桥梁的临界风速,涡激振动和紊流引起的抖振的振幅.这种试验具有制作复杂,周期较长,费用昂贵,但真实可靠等特点.6桥梁结构及构件的抗风措施桥梁结构及构件的抗风措施大体上可分为两大类:一是改善结构的振动特性为目的的结构措施;二是以改善结构物的空气动力特性为目的的气动措施.(1)在大跨度斜拉桥或悬索桥的施工阶段中,结构体系处于不断转换区尚未成型,可能会出现比成桥后更为不利的状态,即刚度较小,变形较大,稳定性较差,甚至发生较大的风致振动响应的情况,其中稳定性问题也十分突出.一般说来,大跨斜拉桥在最大双悬臂状态和最大单悬臂状态的颤振稳定性比成桥状态要好.在最大双悬臂状态,主要会发生围绕桥塔的桥平面外的水平摆动以及平面内的竖向"翘翘板"振动,在桥塔中产生较大的内力,设置辅助墩或采用临时墩来减小悬臂长度是常用的方法;在最大单悬臂状态,强风作用下主梁的侧向和竖向抖振产生的惯性力较大,若振动不能接受,可以通过设置阻尼器以及临时风缆等方法来抑制振动.(2)悬索桥在安装初期的结构抗扭刚度主要由主缆提供,其扭转频率随主梁拼装长度的增加而增加.大跨度悬索桥主梁拼装的抗风低谷应避开大风期.若不能避开,可采用不对称施工方法,即不从中央对称拼装,而是偏高中央一定距离开始拼装主梁,待达到一定长度后再进行对称施工.(3)对于刚度相对较小的悬索桥,必须认真地考虑各种改善气动性能的导流措施以便同时解决颤振,涡振,斜振等各类风致振动问题.1500m以上跨度的悬索桥可能还要考虑采用中央开槽的分离箱断面以及增加交叉索形成空间索网等措施以提高结构?48?北方交通2011空心板粱桥拓宽结构新桥截面选取分析罗伟(沈阳公路工程监理有限责任公司,沈阳110000)摘要:应用梁格法建立空间有限元模型,对比分析了当新桥采用普通空心板和宽幅空心板时,旧桥的内力状态.并且分析了新桥截面的刚度以及跨径对旧桥减载效果的影响,对空心板梁桥拓宽结构的设计有一定的参考价值.关键词:空心板;梁格法;刚度;减载中图分类号:U495文献标识码:B文章编号:1673—6052(2011)tO一0048—03 1概述近年来我国的经济不断进步,交通事业繁荣兴盛,国家对基础设施的大力投资推动了公路建设行业的迅猛发展,也对我国公路工程建设提出了越来越高的要求.而我国较早建设的高速公路,如沈大,广佛,沪宁,京津塘,京珠,京沪等高速公路,绝大部分为四车道,随着交通量的不断增加,出现了严重的交通拥堵现象,影响了道路的通行能力与服务水平,为此不得不考虑建设第二通道或者扩建以缓解日趋紧张的交通压力.2国内外研究现状拼宽桥梁的关键是新,旧桥梁拓宽形式的选择,目前我国公路桥梁拓宽基本采用3种方式:(1)新旧桥梁的上,下部结构均不连接.这种方式的优点是新桥与旧桥各自受力明确,互不影响,施工难度小;缺点是在上部活载反复作用下,两桥主梁产生挠度不同,新桥与旧桥之间的沉降差异,可能会造成连接部位沥青铺装层破坏,进而在连接部位形成顺桥向裂缝和横桥墩向错台.(2)新旧桥的上,下部结构均连接.这种方式的优点是新桥与原桥联成整体,减小荷载作用下新老桥连接处产生过大的变形,拼接后桥梁整体性较好;缺点是由于新,旧桥基础沉降的不一致,导致桥梁附加内力增大,使连接处产生裂缝.(3)新旧桥梁的上部结构连接,下部结构分离.优点是由于下部分离,上部结构连接产生的内力对下步构造影响较小;缺点是新旧桥基础沉降的不一致会使上部结构产生较大的附加内力,可以适当增大桩径,减小新旧桥基础沉降的不一致对桥梁上部结构内力的影响.的刚度和气动性能,满足抗风要求.7结语抗风稳定性是控制大跨度桥梁成败的关键因素之一,在大跨度桥梁设计中,不仅要考虑承受风荷载的静力强度问题,还必须考虑空气动力稳定性问题.虽然通过抗风设计,风洞试验,抗风措施为桥梁抗风提供了强有力保障,但还需要进一步充实,完善,改进和提高.Wind—resistantDesign,WindTunnelTestandWind—resistantMeasuresforBridge AbstractThebridgeshouldbewiththecapacityofwind—resistantfunction,especiallythelarge—spanbridgewithhighflexibility,andaerodynamicproblemslikeflutter,buffeting,vortex—inducedvibrationandSOonmustbetakenintoaccountwhendesigning.Bymeansofwind—resistantdesign,windtunneltestandwind—re—sistantmeasurestodeterminewindloadandwind——resistantperformanceofthebridgeisthemainmeansofwind——resistantstudyoflarge—spanflexiblebridge.KeywordsBridge;Windload;Flutter;Segmentalmodel;Windtunneltest。
