四川建筑 第卷
5期 1南宁大桥的抗风性能风洞试验研究
杨运科
,刘 根
,杨举明
(
西南交通大学土木工程学院,四川成都610031)
【摘 要】 通过风洞试验对南宁大桥主桥进行了抗风性能研究
,研究表明在均匀流及紊流中结构均不
会发生发散性的气动失稳现象
,该桥梁结构具有良好的抗风稳定性。
【关键词】 风洞试验
; 非对称拱桥
; 颤振
; 涡激振动
【中图分类号】
U4461
1 【文献标识码】 B
图
1 立面及横断面图1 工程概况
南宁大桥主桥为
300m跨径的非对称肋拱桥
,由两条倾
斜的钢箱拱肋、桥面曲线钢箱梁、倾斜的吊杆、系杆及肋间平
台
,共同构成一个复杂的空间结构体系。拱肋为高
51
6～
101
0m、宽
71
4m的钢箱
,沿纵向设置扁钢加劲肋
,沿横向设
置横隔板。除吊点位置设置和吊杆轴线及铅垂线共面之横
隔板外
,还设置垂直于拱轴线的横隔板
,用于节段面板的组
拼和定位
,增强拱肋的局部稳定性。由于该桥的拱肋和主梁
均为钢箱截面
,跨度大、质量轻、阻尼小
,是风致振动的敏感
结构。由于该桥桥式新颖
,缺乏抗风设计经验
,对该桥进行
抗风性能研究是必要的
,本文仅讨论成桥状态的抗风问题。
根据资料
,桥址区为Ⅱ类地表粗糙度类别
,该桥主梁设
计基准风速为
321
1m/s,颤振检验风速为
501
5m/s,阵风风
速为
441
3m/s。该桥主桥的立面布置及横断面如图
1所示。
2 结构动力特性分析
为了给模型风洞试验提供模拟依据
,为结构风致振动
(颤振、涡激振、抖振)分析提供结构动力特性参数
,首先进行
了该桥成桥状态的结构动力特性分析。其前
6阶频率和相
应的振型如表
1所示。
表
1 成桥状态结构动力特性
阶次频率(
Hz)振型特
点
101
0920
主梁纵漂
201
4997
两拱肋反向横弯
3015173
两拱肋同向横弯
401
8276主梁对称横弯
+
扭转
501
8612主梁反对称竖弯
+拱
肋同向反对称竖弯
611
1382主梁对称竖弯
+拱肋同向对称竖弯3 主梁节段模型风洞试验
31
1 静力三分力试验
节段模型试验在西南交通大学单回流串联双试验段工
大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性分析
一、本文概述
随着交通工程技术的不断发展和创新，大跨度斜拉桥作为现代桥梁工程的重要代表，其在桥梁建设领域的应用越来越广泛。然而，随着桥梁跨度的增大，其结构特性和动力学行为也变得越来越复杂，尤其是在强风作用下的颤抖振响应和静风稳定性问题，已经成为桥梁工程领域研究的热点和难点。本文旨在针对大跨度斜拉桥的颤抖振响应及静风稳定性进行深入的分析和研究，以期为提高大跨度斜拉桥的设计水平和安全性提供理论支持和实践指导。
本文首先将对大跨度斜拉桥的结构特点和动力学特性进行概述，阐述其在强风作用下的颤抖振响应机制和静风稳定性的基本概念。接着，本文将详细介绍大跨度斜拉桥颤抖振响应的分析方法，包括颤振机理、颤振分析方法以及颤振控制措施等。本文还将探讨大跨度斜拉桥的静风稳定性分析方法，包括静风稳定性评估方法、静风稳定性影响因素以及静风稳定性控制措施等。
本文将结合具体工程案例，对大跨度斜拉桥的颤抖振响应及静风稳定性进行实例分析，以验证本文所提分析方法的有效性和实用性。本文的研究成果将为大跨度斜拉桥的设计、施工和运营提供有益的参考和借鉴，对于提高我国桥梁工程的设计水平和安全性具有重要的理论意义和实践价值。
二、大跨度斜拉桥颤抖振响应分析
大跨度斜拉桥作为现代桥梁工程的重要形式，其结构特性和动力行为是桥梁工程领域研究的重点。颤抖振，作为一种常见的桥梁振动形式，对桥梁的安全性和使用寿命有着重要影响。因此，对大跨度斜拉桥的颤抖振响应进行深入分析，对于优化桥梁设计、确保桥梁安全具有重要的理论价值和实际意义。
在颤抖振分析中，首先要考虑的是桥梁结构的动力学特性。大跨度斜拉桥由于其特殊的结构形式，其动力学特性相较于传统桥梁更为复杂。在风的作用下，桥梁的振动会受到多种因素的影响，包括桥梁自身的结构参数、风的特性以及桥梁与风的相互作用等。因此，在进行颤抖振分析时，需要综合考虑这些因素，建立准确的动力学模型。
大跨度桥梁的自振频率分析
桥梁作为一种重要的交通设施，承载着人们的出行需求。而在大跨度桥梁的设计和施工中，自振频率的分析是一项关键任务。本文将对大跨度桥梁自振频率的分析进行探讨。
一、大跨度桥梁自振频率的意义
桥梁的自振频率是指桥梁在自由振动状态下的特征频率。了解桥梁的自振频率能够帮助工程师判断桥梁的稳定性和安全性。如果桥梁在风荷载、地震等外力作用下频率接近自身的自然频率，就容易发生共振现象，引发结构破坏，对桥梁的使用安全造成威胁。
二、大跨度桥梁自振频率的计算方法
大跨度桥梁的自振频率计算方法有两种：解析法和数值法。
解析法是基于桥梁的动力学原理和结构简化模型，进行频域分析和时间域分析，计算出桥梁的自振频率。这种方法适用于结构简单的桥梁，计算结果准确可信。然而，对于大跨度桥梁复杂的结构体系，解析法往往难以应用。
数值法是借助计算机进行桥梁动力特性的计算，通过有限元分析等数值方法，将桥梁的结构划分为离散的单元，在计算机上模拟结构的动力响应，得出自振频率。数值法相对解析法而言，适用面更广，可以灵活应对不同结构的计算需求。
三、大跨度桥梁自振频率的影响因素
大跨度桥梁的自振频率受到多种因素的影响。
1. 结构材料：不同材料的桥梁，由于密度、弹性模量等物理性质的差异，其自振频率也会有所不同。 2. 结构形式：桥梁的结构形式对其自振频率也有较大影响。例如，悬索桥和梁桥相比，悬索桥的自振频率更高。
3. 桥梁跨度：大跨度桥梁的自振频率相对较低，因此在设计大跨度桥梁时需要给予足够的注意。
4. 动力荷载：风荷载和地震荷载等动力荷载会对桥梁的自振频率产生一定的影响。
四、大跨度桥梁自振频率的控制方法
为了控制大跨度桥梁的自振频率，减少桥梁共振的可能性，设计中可以采取以下措施：
1. 结构加固：合理调整桥梁的结构形式、结构材料，增加梁的刚度和强度，以提高自振频率。
2. 风洞试验：通过在设计过程中进行风洞试验，了解设计桥梁在不同风速下的响应特性，优化结构设计。
大跨径悬索桥风致振动及抗风措施
摘要：悬索桥以主缆为主要承重结构具有跨越能力大、雄伟壮观、造型优美等优点而成为大跨径桥梁结构首选桥型之一。但随着跨度的增大，悬索桥的刚度变小，对风的敏感性越来越大，对抗风要求也越来越高。大跨度悬索桥在风荷载的作用下，主要构件会产生各种形式的振动。简述了国内外悬索桥抗风的发展和研究历史，分析了悬索桥风致振动的形式，并提出增强结构刚度、抑制风致振动的抗风措施。
关键词：大跨径悬索桥、风致振动、抗风措施
1 前言
悬索桥是以缆索为主要承重结构的桥梁结构，由于其强大的跨越能力，成为跨越宽大江河、海湾的首选桥型之一。我国修建悬索桥的历史久远，早在千年之前，四川就已出现竹索桥。明清时期，在我国西南地区，修建有诸多铁索桥，有些索桥至今仍在使用，著名于世的有贵州盘江桥和四川泸定桥。在国外，也存在古老的悬索桥，如麦地海峡桥和克里夫顿桥。20世纪初，国外欧美等国家经历了工业革命，加上悬索桥计算理论的初步形成，使悬索桥得到迅速的发展。由于缺乏对空气动力学的研究，1940年，美国塔科马桥被风摧毁而倒塌。此后十年，悬索桥的建设进入了停滞期。在塔科马老桥风毁后，人们意识到悬索桥抗风设计的重要性，开始进行很多风洞试验以探索悬索桥抗风措施。抗风研究阶段后，世界各国为了适应日益增长的交通量和经济发展，兴起了修建大跨径悬索桥的高峰。我国在90年代后，国家加强基础建设水平，悬索桥的发展迅猛，东南沿海地区地区和长江内河等地修建了诸多大跨度的悬索桥，如今建设已经走在了世界的前列。但悬索桥由于跨径的增大，刚度减小，柔性问题突出，承受风荷载的能力逐渐减小，极易被风摧毁。悬索桥的风毁破坏属于脆性破坏，破坏前是难以预测和预警。因此，深入了解桥梁与风作用后效应，进行科学合理的抗风设计，采取有效的抗风措施提高桥梁的抗风能力，对于悬索桥的建设和发展具有十分积极的现实意义。
