大跨径三塔悬索桥抗风性能分析
大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究
大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究大跨径悬索桥是一种重要的桥梁结构，具有结构简洁、承载能力大等优点，因此在现代桥梁工程中得到广泛应用。
在其施工和成桥阶段，由于结构特点以及环境条件等因素的影响，悬索桥具有较高的抗风要求。
对大跨径悬索桥施工及成桥阶段的抗风措施进行研究，对于确保悬索桥工程的安全和顺利进行具有重要意义。
悬索桥的施工和成桥阶段是其整个工程过程中最为关键的阶段。
在这个阶段，结构受到外部环境的影响较大，尤其是风力的影响。
由于悬索桥结构本身具有较大的自重和灵敏度，一旦受到大风的影响，可能会发生结构破坏，导致严重的安全事故。
在施工和成桥阶段，必须采取一系列的抗风措施，以确保悬索桥工程的安全可靠性。
针对大跨径悬索桥施工阶段的抗风措施，需要从结构的设计和施工工艺两方面进行考虑。
在结构的设计方面，可以采用风洞试验等手段，对悬索桥结构在风力作用下的响应进行研究，并根据试验结果进行结构设计的优化。
在施工工艺方面，可以采取加强材料、加固结构等措施，以提高悬索桥结构的抗风性能。
针对大跨径悬索桥成桥阶段的抗风措施，需要考虑结构的稳定性和安全性。
在这个阶段，悬索桥结构通常处于未完全固定的状态，如果受到大风的冲击，可能会引发结构的摇晃和振动，从而导致结构的破坏。
在成桥阶段，需要采取临时加固措施，以提高悬索桥结构的抗风性能。
除了上述的抗风措施之外，还需要对悬索桥的施工和成桥过程进行系统的监测和控制。
通过实时监测结构的变形和位移等参数，可以及时发现结构的异常情况，并采取相应的措施进行处理，以保证悬索桥工程的安全进行。
需要指出的是，对于大跨径悬索桥的施工及成桥阶段抗风措施的研究，还存在一些问题亟待解决。
如何有效地进行结构的抗风设计和施工工艺的改进，如何在成桥阶段确保结构的稳定性和安全性等。
需要加强相关研究工作，不断提高大跨径悬索桥工程的抗风性能，确保工程的安全可靠性。
悬索桥抗风综述4700字
悬索桥抗风综述4700字摘要：本文以大跨径悬索桥的抗风为研究对象，总结阐述了抗风研究的历史过程，着重分析了桥梁抗风设计的方法：采用拉索系统提高扁平箱梁形式悬索桥颤振临界风速；通过改善桥梁断面的外形来减小气动力的空气动力学措施；在加劲梁上安装一些辅助装置来增大结构的阻尼，并减小作用在结构上的气动力，从而达到提高悬索桥气动稳定性的目的的机械措施。
文中还对超长跨径悬索桥建设的可行性进行了研究。
关键词：桥梁抗风，拉索系统，空气动力学，机械措施，阻尼器1. 塔科玛桥的倒塌1940年华盛顿州塔科玛市的海面上刮起了风速19m/s的强风，刚竣工的全新的塔科玛悬索桥在风的吹动下，诱发了扭转振动导致了可怕的跨桥事故。
设计塔科玛桥时充分考虑了风的静力作用，还委托华盛顿大学做了模型试验，并无任何疏忽与漏洞。
事故的原因并不是风的静力作用，而是随时间变化的风产生的作用力所致。
塔科玛桥的悲剧发生之后，美国采用的确保悬索桥抗风稳定性的方法主要是两种。
一种是采用桁架加劲梁和开敞式的桥面使涡旋分散的方法，另一种是由自重增加刚度的方法。
北美抗风对策的实质是桁架和重量。
2. 欧洲抗风方式的改进欧洲的技术人员开始注意到了一种新的途径，例如采用扁平的翼型断面（Airfoil or Aerofoil Section）以减小风的作用力或者抑制涡旋的产生。
加劲梁由桁架向翼型断面箱梁的转变使悬索桥变得更加轻，更加经济了。
箱梁的另一个优点是和桁架相比，风的抗力仅为1/3，由于塔顶主缆传来的水平反力是由桥面系70%的风力而产生的，风的抗力减少至1/3，无疑对塔的设计带来很大的影响”。
采用这种方式的赛文桥由于忽视了悬索桥的重量而造的太轻了，在风作用和车辆行驶作用下，成为极敏感的结构。
风洞试验的结果，虽然没有出现塔科玛桥那样的破坏振动，但却总是常常出现发出嘎啦嘎啦响声的振动。
3. 20世纪末的悬索桥20世纪才真正是长大悬索桥的发展时期，日本架设了跨度近2 000m的世界第一的明石海峡大桥。
三塔自锚式悬索桥力学性能分析
摘要三塔自锚式悬索桥是一种新结构形式，不仅省去了庞大的锚锭，相对降低了造价，外形也比较美观，因此应该会越来越受到人们的青睐，对中小跨径的桥梁设计来说，三塔自锚式悬索桥是一个适合的且有竞争力的桥型。
本文在总结国内外相关文献的基础上，以螺洲大桥为工程实例，对三塔自锚式悬索桥的力学特性以及各设计参数变化对内力的影响规律进行了仔细的研究，根据螺洲大桥三塔自锚式悬索桥的结构特点，采用桥梁有限元计算程序midas/civil对桥梁进行离散，建立了三塔自锚式悬索桥的空间有限元计算模型那个，对该桥进行了静、动力分析，对各种控制因素进行研究和比较，主要结论如下:(1)以螺洲大桥大桥为背景，研究了混凝土自锚式悬索桥的静力性能，分析比较了三塔自锚式悬索桥与地锚式悬索桥的差别，自锚式悬索桥的跨中弯矩和挠度均比地锚式悬索桥的要大一些，这主要是因为自锚式悬索桥主梁中存在着巨大的轴向压力，从而降低了主梁的刚度。
弹性理论和非线性有限元模型计算结果比较接近，对于中小跨径的自锚式悬索桥，弹性理论完全可以进行设计计算和分析。
（2）系统地研究了三塔自锚式矢跨比、桥塔塔高差异、桥面纵坡、加劲梁刚度、主塔刚度、主缆刚度、吊索刚度等结构参数变化对三塔自锚式悬索桥静力及动力特性的影响规律。
主梁的跨中挠度和弯矩均与主塔刚度、主缆和吊索的弹性模量成反比；与桥塔塔高差异、桥面纵坡成正比；增大加劲梁的抗弯惯性矩能有效减少主梁的跨中挠度，但同时也使主梁跨中的弯矩大大增加。
(3)基于有限元原理，建立了螺州大桥的动力计算模型，给出了螺洲大桥的前10阶频率和相应的振型。
从结果来看，该桥的自振周期较长体现了悬索桥的柔性结构的特性。
与同一跨径和结构参数的地锚式悬索桥相比混凝土自锚式悬索桥的自振周期长很多，说明自锚式体系要比同样结构参数的地锚式体系的刚度要小一些。
关键词:自锚式悬索桥；三塔；有限元；力学性能；AbstractThe three-tower self-anchored suspension bridge is a kind of new structural style. With no large anchor and its lower cost ,three-tower self-anchored suspension bridge is now catching more attention by its elegant shape. It has become a competitive design scheme in middle and small-span bridge .Base on the documents at home and abroad,regarding Luozhou three-tower self-anchored suspension bridge as project example ,the static force performance and dynamic behavior of three-tower self-anchored suspension bridge are systematically investigated in this paper .According to Louzhou three-tower self-anchored bridge’s structure characteristic,we use midas/civil finite element program,a space finite element calculated model was established. We anslysed its static、dynamical characteristic and compared various control parameter.The main conclusion covers the follwing aspects:(1) Based on Luozhou Bridge ,the static force performace of the three-tower slef-anchored suspension birdge is analyzed.The difference of between the three-tower eathe-anchored suspension bridge is revealed in this paper.Bending momnet and deflection at the span midpoint of the three-tower self-anchored are greater than those of the three-tower eathe-anchored suspension bridge.The reason is that the great axial pressure in the main beam of self-anchored decreases its stiffness.The result calculated with elastic theory is similar to the result calculated with finite elenment model.Elastic theory is applicable to middle-,and small-span self-anchored.(2) the influnece of different rise-span ratio,the tower's altitude,the stiffening girder’s gradient,the stiffness of the stiffening girder and main cable to the static force preformace and dynamic behaviior of three-tower self-anchored suspension bridge are systematically investigated .Bending moment and deflection at the span midpoint are inversely proportional to rise-span ratio and the stiffness of the cable,are proportional to the difference of tower’saltitude and the stiffening girder’s gradient.Enhancing the inertia moment of stiffening grider will decrease the deflection at the span midpoint;however,it will increase the bending moment of the span midpoint at the same time.(3)Based on Finite Element Method,the dynamic computation model of Louzhou Bridge is set up. The first 10 frequencies and corresponding vibration modes of Louzhou Bridge are given. According to the result,the natural period of vibration of this bridge is long.This proves the suppleness of suspension bridge.The natural period of vibration of the three-tower self-anchored suspension bridge is less the that of the earth-anchored suspension birdge with the same span and structure parameters.This indicates that the stiffness of three-tower self-anchored suspension bridge is less than that of earth-anchored suspension brige with the same span and structure parameters.Key words: suspension bridge; three towers;finite element method;mechanical properties目录摘要....................................................................................................................................... I ABSTRACT ....................................................................................................................... II 第一章绪论. (1)1.1 概述 (1)1.2 自锚式悬索桥计算理论 (3)1.2.1弹性理论 (3)1.2.2挠度理论 (4)1.2.3非线性有限元理论 (5)1.3 选题背景及意义 (6)1.4 本文的研究内容 (6)第二章三塔自锚式悬索桥体系选择 (8)2.1 概述 (8)2.2 螺洲大桥项目概况 (8)2.3 桥型选择 (8)2.3.1方案设计控制条件 (9)2.3.2桥型方案设计 (9)2.3.3方案比选 (12)2.4 本章小结 (13)第三章成桥状态设计 (15)3.1 概述 (15)3.2 主缆在竖向荷载下的计算 (15)3.3 基于MIDAS/CIVIL 2006的成桥状态分析 (16)3.3.1主缆线形粗略分析——节线法 (16)3.3.2自锚式悬索桥精确平衡状态分析 (17)3.3.4成桥状态初始内力分析 (19)3.4 本章小结 (22)第四章结构静力性能分析 (23)4.1 桥梁有限元模型 (23)4.1.1 螺州大桥设计技术指标 (23)4.1.2螺洲大桥基本参数 (23)4.1.3螺洲大桥有限元模型 (24)4.2 结构静力性能分析 (26)4.3 本章小结 (35)第五章结构动力特性分析 (37)5.1 动力模型的建立 (37)5.1.1 加劲梁的质量数据 (37)5.1.2 模态分析方法 (39)5.2 螺洲大桥动力特性分析 (39)5.3 三塔自锚式悬索桥与三塔地锚式悬索桥动力特性比较 (46)5.3.1 三塔地锚式悬索桥动力分析模型 (46)5.3.2 三塔地锚式悬索桥动力分析结构 (47)5.4 本章小结 (48)第六章结构参数及控制因素变化对三塔自锚式悬索桥影响的分析 (49)6.1 模型及分析采用的荷载工况 (49)6.2 非线性对三塔悬索桥的影响 (50)6.3 结构参数与控制因素的影响 (51)6.3.1 吊索（杆）初始索力变化对结构受力的影响 (51)6.3.2 矢跨比变化对结构受力的影响 (52)6.3.3 中、边塔不等高对结构特性的影响 (54)6.3.4 桥面纵坡对结构的影响 (57)6.4 刚度对受力特性的影响 (58)6.4.1 主缆的弹性模量对结构的影响 (59)6.4.2 吊索弹性模量对结构的影响 (60)6.4.3 加劲梁的竖向抗弯刚度对结构的影响 (62)6.4.4 加劲梁抗扭刚度对结构的影响 (64)6.4.5 桥塔刚度变化对结构的影响 (65)6.5 支座设置方式及加劲梁的形式对结构的影响 (67)6.6 主跨跨中设置中央支撑对结构的影响 (68)6.7 本章小结 (69)第七章结束语 (71)7.1 本文工作总结 (71)7.2 进一步设想 (72)致谢 (73)参考文献 (74)第一章绪论1.1概述悬索桥结构具有受力性能好、跨越能力大、轻巧美观、抗震能力强、结构形式多样及对地形适应能力好等特点，在许多跨越大江大河、高山峡谷、海湾港口等交通障碍物时，往往作为首选的桥型。
大跨度缆索承重桥的抗风性能与控制措施探讨
大跨度缆索承重桥的抗风性能与控制措施探讨建筑工程行业中，大跨度缆索承重桥是一类构筑物，其特点在于具备较高的承重能力和出色的适应性。
然而，在风力环境下，大跨度缆索承重桥面临着较大的挑战，其抗风性能的研究和实施措施的确定显得尤为重要。
本文将探讨大跨度缆索承重桥的抗风性能以及可行的控制措施，以便提供指导和参考。
首先，大跨度缆索承重桥的抗风性能。
由于缆索承重桥的结构特点，其自身的风荷载响应存在一定的困难。
因此，为了确保桥梁的风荷载响应能力，需要从以下几个方面进行考虑和研究。
其一，对大跨度缆索承重桥的风荷载进行准确的评估是关键。
通过对桥梁在不同风速下的风荷载进行测算和分析，可以为后续的分析和控制措施的制定提供基础。
这涉及到风压力分布、风速梯度、地形阻挡以及周边环境等因素。
建立合适的风洞试验模型以及数值模拟方法，能够更好地揭示大跨度缆索承重桥的风荷载特性。
其二，针对大跨度缆索承重桥的抗风控制措施需要精确而全面。
常用的控制措施包括桥梁结构的设计和优化、支座设计、缆索预应力调整、风致振动控制等。
其中，关键的控制策略是通过设计和优化结构以提高桥梁的自身稳定性，减小风荷载对桥梁的影响。
选用合适的材料以及结构形态，增加桥梁的刚度和稳定性，从而提高其抗风性能。
其三，为了保证大跨度缆索承重桥的长期稳定，需进行全面的监测和检修措施。
通过对桥梁的定期巡检以及振动检测等手段，可以及时发现桥梁结构存在的问题，并采取相应的维护和修复措施。
此外，将新的监测技术应用于桥梁的抗风性能评估和动力响应分析也是一个不错的选择。
总结起来，大跨度缆索承重桥的抗风性能与控制措施是一个复杂而重要的研究课题。
通过合理的风荷载评估、控制措施设计和全面的监测检修，可以提高大跨度缆索承重桥的抗风能力，确保桥梁的安全稳定运行。
然而，在实际工程中，还需考虑与风荷载相对应的温度影响、综合应力耦合效应等因素，以进一步完善抗风设计和控制措施。
作为建筑工程行业的教授和专家，我希望通过本文的探讨，能够让读者对大跨度缆索承重桥的抗风性能有更深入的了解，并理解可行的控制措施。
改善大跨度悬索桥抗风稳定性能的实践和探索
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பைடு நூலகம்
改 善大跨 度悬索桥 抗风稳 定性 能 的实践 和探索
张殿 辉 （ 德 惠 市公 路 管 理段 ， 吉林 德 惠 １ ３ ０ ３ ０ ０ ）
摘 要： 随着社会的发展 以及技术水平 的提 高， 大跨 度悬索桥也纷纷建立起 来， 并且在 一定程度上推动 了公路桥 梁工程事 业的快速 发展 。 但是在 建设 大跨度悬 索桥 的过程 中， 为 了保证悬索桥 的稳 定性 ， 我们必须要 对其进行合理 的设计 ， 尤其是对桥 梁进行抗风稳定性的 设计 。本文从提 高桥 梁整体 刚度 与结构振动特性、 改善桥 梁断面 气动性等 多个 方面出发 ， 浅要分析 了大跨度 悬索桥 改善抗风稳 定性 能的 实践与探 讨 ， 以供相关技术人 员参考。 关键词 ： 大跨度 悬索桥 ； 抗风稳定性能 ； 桥 梁设计 随着社会 的发展以及施 工技 术的不断更新 ， 建设 的现代 化悬索 ２ 控 制 结 构 振 动 特 性 桥 的跨度也越来越大 。 但是悬 索桥跨度 的增大会直接影响到整个桥 采 用控制结 构振动 特性的方法来 改善大跨 度悬索 桥 的抗 风稳 梁 的刚度 ，并且会随着风速 的影 响而导致 桥梁出现各种安全隐患 。 定性 能主要从增加结构阻尼和干扰振动形 态等方 面人手 。 因此我们必须要对悬索桥的实际情况进行 深入 分析 ， 改善其抗 风稳 ２ ． １ 增加结构阻尼 。为 了间接地 提高结构 的阻尼 ， 调质阻尼器 、 定性能 ， 也就是桥梁 的颤振稳定性 。所谓桥梁 的颤振属 于桥梁 中的 调液 阻尼器及调液注式阻尼器在土木结构 中得 到了应用 。 这些阻厄 种发散性的 自激振 动方式 ，由于桥梁结构 的各种作用 力的影响 ， 器 的制振减振原理是将 主结构 的振 动能量传递到频 率相近 的阻尼 导致桥梁出现失稳 的现象 。 而桥梁结构 的各种作用力直接与结构 的 器上 ， 然后加 以耗散 ， 从而达到减小结构振 幅的 目的。 应用被动调质 动力特性 与气 动外形密切相关 ， 因此 ， 要想提 高悬索桥 的抗 风稳定 阻尼器除 了可 以有效改善大跨桥 梁的抖振和涡振性能外 ， 还能提高 性能 ， 就需要在设计 过程 中不断提 高桥 梁结构 的刚度 、 控制 结构 的 桥梁 的颤振稳定性 。调质阻尼器 的优点在于它 的低造价和简便性 。 振动特定 ， 并且还需要合理 的改 善桥 梁的气动性能 。从而满足设计 ２ ． ２干扰振动形态 。在颤振控制领域的研究 中还有一些方法 ， 其 的要求 。本文就此进行详细的分析。 原理是通 过干扰原有结构振 动形态来达 到改 善桥梁结 构动力特性 １ 关 于 桥 梁 整体 结构 的 刚度 的目的。 其中， 回转仪法是在加劲梁上安装 回转仪 ， 让 回转仪 的运动 在大跨度悬索桥 当中，其刚度大小主要取决于桥梁 的主缆 ， 所 同加劲梁的扭转运 动相耦会从而通过 回转矩来抑制 颤振 的发生 ； 而 以要想提高桥梁整体结构的刚度 ， 那 么就需要对 主缆的刚度进行适 偏心质量 法是在桥 梁横 断面上布置移动 的偏心质量 ， 通过对其 主动 当的改善 。首先 ， 技术人员在设计过程 中应该适 当调整主缆与桥梁 控制可提高颤振临界风速 ８ ０ ％ ，但 因所需质量 的大小 和致动器 的 加劲 梁之间 的位置 ；然 后在桥梁结构 中适 当增加水平 与横 向辅 助 冲程 过大 ， 所以现在还无法应用 到大跨桥梁 的颤振控制 中。 索， 以此来有效 的提高桥梁结构抗扭 刚度 以及扭转振动频率 。由于 ３ 改 善 桥 梁 断 面 气 动 性 能 桥梁颤振临界风速与这两者密切相关 ， 所 以在一些超大跨度 的悬 索 控 制面是在加劲梁断面 的迎风 、 背风边缘安装 的薄平板 。当加 桥梁 当中同样适用。 另外 ， 还有一些学者认 为 ， 在大跨度悬索桥当中 劲梁在气流作用下发生振动时 ， 利用作用 在控 制面上的气动力来达 可 以采用 空间索系可 以提 高悬索桥 的抗扭 刚度 ， 从理 论上讲 ， 这种 到抑制颤振 ， 提高颤振 临界风速 的效果 。根据 控制 原理的不同又可 方法 同样 可以提高桥梁整体 结构 的刚度 ， 但是在 实际工作 中 ， 这种 分为 主动控制和被动控制两类 。 方法 由于太过复杂 ， 因此我们很 难将其运用在工程 中。 ３ ． １ 主动控制 面。控制面 的主动控制措施是在加劲梁 的迎风 、 背 １ ． １ 水平辅助索的加设 以及 工作原理 。通过水平辅助索可 以有 风边缘安装上控制面 ， 这些控制 面完全与加劲梁分离 以避 免造成 二 效的提高悬 索桥 的抗扭 刚度 以及扭转的振动频率。 这是 因为桥梁加 者之间的气动干扰 ， 通过合理地反馈控制利用 主动输入 的能量调 整 劲梁在受到外 界作 用力而产生振 动时 ，两根 主缆就会形成 异相抖 控制面运动的振幅和相位 ， 以产生对系统振动起稳定作用 的气动 力 动， 此 时桥梁 的轴线则 会形成反对称 的运动状态 ， 若是在其 中加设 来达到抑制颤振发 生的作用 。 水 平辅助索 ， 那么就会有效 的一直主缆进行 反对称振动 ， 以此来 提 ３ ． ２被动控制 面。采用 控制面进行被动控制 的方法虽然不像 主 高桥 梁 结 构 的抗 扭 刚 度 。 动方法那样 可对任 意风速都能解决颤振 问题 ，但显然更 为简便 、 可 １ ． ２横向辅助索的加设 以及工作原理 。在桥梁 的横 桥上布置辅 靠 ， 易于为桥梁工程师所接受。 助索 同样可 以提高悬索桥 的扭转刚度 ， 因为通 过这些辅 助索的共 同 控制面被动控制 的一种方法是将控制面 同加 劲梁直接相连 （ 铰 作用 ， 可 以将 桥梁加劲梁 的扭转振动控制在某一 个点上 ， 以此来 提 接 ） ， 使加劲梁周 围的统流模式发生改变 ， 这样不仅可从作用在控制 高整体结构 的抗扭刚度 ， 当桥梁 的柱梁受到外界作用力 的影 响而产 面上的气动力还 可以从加劲梁本 身气动力 的改变 中获得有利 于气 生扭转是 ， 横 向辅助索 的约束就会柱梁 的扭转振动 与加劲梁 的水平 动稳定 的作用 。 饺接在加劲梁断面边缘的控制 面通过附加索连接到 运 动保 持一致 ， 在相 同外界作用 力的情况之下 ， 桥梁 的扭 转振动 就 架设 于二主缆 间的支撑梁上 ， 同时又 由预应力 扭转 弹簧同加劲梁相 会得到相应的控制 ， 从而提高桥梁结构的抗扭 刚度 。 连， 这样 当加 劲梁 发生扭转 时控制 面就可在 附加索 和预应力 弹簧的 通过上述 ， 加设水平辅 助索 的方法相 对 比较经济 ， 但 是 由于桥 共 同作用下发生被动转动以达到提高系统气动稳定性 的作用。 梁 的主缆居 中 ， 我们需 要保证桥梁交 通净空 的必要 ， 因此 在实际工 ４ 结论 作 中我们不能够在 中部位置将主缆与桥梁相互连接。 但是我们必须 在实 际工作 中 ， 要想 提高大跨度 悬索桥抗 风稳定性 ， 主要有 三 要清楚 的知道 ，这种方案适用 于大跨 度 以及超 大跨 度 的悬 索桥 当 种方法 ， 首先是 提高桥梁整体结构 的刚度 ， 其次是需要合 理 的控制 中。 桥梁结构的振动特定 ， 最后需要 实体的调整桥梁结构 的断面地动心 地位种方案则是在普通跨度的悬索桥上加设横 向辅助索 ， 以此 能。上述对这几种方法进行了全面的分析 。相信在 未来 的社会发展 来 提高整个结构 的抗扭刚度。因为这一方案 的施工简便 ， 可以采用 中， 这些方法还会得 到不断的改进 与完 善 ， 从 而能够有效 的提高悬 普通 的方法来提高悬索桥的抗 风稳 定性 ， 也 可以在施 工过程中为桥 索桥的抗风稳定性 。 梁加设辅助索 ， 因此得到 了业界人士的广泛应用 。 随着社会 的发展 ， 参 考 文 献 这一方案还会不断完善与改进 ， 具有非常广阔的发展前景 。 ［ １ ］ 于静 波， 张辉． 悬索桥抗 风稳定性 能增强方 法的几点研 究［ Ｊ 】 ． 黑龙 最后 ， 需要指 出的是不管是采用 水平索还是横 向索 ， 应用缆 索 江科技信 息， ２ ０ １ ０ （ １ ２ ） ． 系统来 提高结构 刚度从 而提高桥梁颤振稳 定性只适用 于大跨度悬 ［ ２ 】 黄 兴志 ． 探 析提 高悬索桥抗 风稳 定性能 的方法与措 施［ Ｊ ］ ． 民营科 索桥 。 对于较小跨 径的悬索桥 ， 提高加劲梁的刚度仍是 十分必要 的。 技 ． ２ ０ ０ ９ （ ９ ） ．
大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究
大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究作者：庞凌飞来源：《大经贸》 2019年第7期庞凌飞【摘要】在海拔较高的险峻山区跨越地形或在河网海滨地区连接两岸时，常选择设计和建造大跨径悬索桥，因其本身柔度大，大跨径悬索桥的抗风稳定性成为要重点注意的问题。
本文主要从大跨径悬索桥施工和成桥两个阶段讨论桥梁的抗风性能。
【关键词】大跨径悬索桥施工阶段成桥阶段抗风研究0 引言随着交通量的增长，在江河沿海及高山峡谷地区修筑跨越地形的桥梁的需求日益增加。
作为大跨径，施工工期较短的悬索桥成为常见选择。
但因其柔度大，且多修筑于风场条件复杂的山区或河网地区，抗风问题成为悬索桥工程实践中讨论的重点。
而在施工阶段和程桥阶段，其本身的动力响应特性也有区别，本文着眼于此，查阅了现阶段已有的相关研究资料，作出讨论及总结。
1 施工阶段的风振特点及抗风措施1.1 施工阶段风振特点悬索桥作为一种柔性的大跨度结构，对其抗风性能的考虑一直是工程建设中的重点。
而在施工阶段，其本身未形成完整的结构，整体稳定性能相比成桥阶段较低。
尤其在主梁架设时，结构刚度及风稳定性往往更低。
根据现阶段已有研究，本节主要对施工阶段主梁假设对悬索桥抗风性能的影响抗风性能作讨论，对它们在主梁拼装阶段的风稳性进行综合评价，得出以下结论。
（1）在主梁假设的最初阶段，由于组合在吊揽上的梁段少，其本身不足以产生较大的气动力，缆索系统对其约束效应明显，因此对整体结构的气动性影响较小。
此时段内，桥梁整体的风稳性较好。
（2）当主梁假设率约在整体的百分之十到百分之二十之间时，梁段已经产生了足够的气动力，而缆索系统对其约束力较小，梁体自身刚度不足，已假设梁段对整体风稳性影响较大，由此造成整体抗风性能较弱。
此阶段即整个施工过程中颤振风速最低阶段。
（3）当主梁拼装率达到约百分之四十后，整体抗风性趋于稳定。
但在百分之六十到百分之八十之间时，又有一次较小回落，是由于此时期结构整体抗扭刚度有所减小。
刍议大跨径悬索桥抗风问题及风振措施
刍议大跨径悬索桥抗风问题及风振措施摘要：随着现代桥梁技术的不断提升，大跨径悬索桥的应用越来越多，跨径记录也被不断打破。
悬索桥相对于其他结构形式的桥梁而言，其更容易受到风力的影响，尤其是对于大跨径悬索桥而言，风力作用下引起的各种振动对于桥梁的稳定性会造成极大的影响。
因此，如何提升抗风问题成为了大跨径悬索桥在设计时的重点问题。
文章对悬索桥进行了详细的风振分析，并在此基础上对如何提升大跨径悬索桥抗风能力展开了讨论。
关键词：悬索桥，风振，桥梁稳定性前言在所有桥梁结构中，悬索桥的跨越能力是最突出的，在跨江、跨海、跨山谷等方面有重要的应用。
这种桥梁结构主要依赖于缆索支撑体系，因此其非线性特性非常明显。
正是由于这种特性，因此其在风力荷载的作用下动力响应问题也相较于其他结构桥梁更加明显。
在早期的悬索桥设计中，由于对风载作用的考虑不够全面，因此设计出来的桥梁安全性存在明显的缺陷，引发了众多安全事故，造成了极大的经济损失和人员伤亡。
因此，当前悬索桥设计时尤其是大跨径悬索桥设计的过程中，相关人员非常重视桥梁的抗风问题。
文章以悬索桥风振类型出发，对桥梁自身的结构特征风载响应特征进行了归纳，并在此基础上提出了若干风振减弱措施，强化大跨径悬索桥的抗风设计方法和内容。
1.悬索桥风振分析从结构上来看，悬索桥是一种柔性结构，在风力荷载的情况下，其受力情况和振动方式具有多变性。
在经过了长期的实验探究后，人们对这种柔性结构的振动现象有了较深刻的认识。
并根据各种振动的特性制定了具有针对性的控制措施，具体如下：1.1 抖振抖振的本质是一种结构性强迫振动，其引起的原因是脉动风。
这种振动引起的原因可以概括为两种：（1）风本身的不规则性使得气流的方向和速度较为紊乱，这种紊乱的气流直接作用在桥梁结构上，引起的强迫性振动。
（2）在桥梁周围存在山体、建筑等，气流流经这些遮挡物时产生了紊乱的气流，这些气流简介作用在桥梁结构上，引起强迫性振动。
从振动的幅度上来看，由于抖振的起因是紊乱的气流，其方向是多变的，不会有明显的方向性，因此引起的桥梁振动幅度较小，一般不会直接给桥梁造成非常严重的结构性破坏，但是可能使得桥梁的部分结构变形，影响桥梁上通行人员的舒适度。
三塔悬索桥的缆索体系及其抗风稳定性
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｂａ ｅ ａ ｃ ｓ ｈ ｅ — ｏ ｒ ｕｓ ｅ ｉ ｎ ｒｄ － ｉｈｏ Ｈｉ ｗａ ｉ ｇｅ，ｗｈｉｈ ｉ ｔａ ｔ ｓ ｄ ｏｎ ａ ｅ ｏｆ ｔ ｒ ｅ ｔ ｗｅ ｓ ｐ ｎｓｏ ｂ ｉ ｇｅ Ｔａ ｚ ｕ ｇｈ ｙ Ｂｒｄ ｃ ｓ ｏ ｒｔ ｎ ｚ ｖ ｒｗ ｉｈ ｔ ｅｍ ａ ｎ ｓ ａ ０８ ，ｔ ｘ ｍ ｐ ｅ ｔ ｐ ｔａ ａ ｅ ｓ ｓ ｅ ａ ｄ ｖｅ ｈｅ Ｙａ ｇｔ ｅ Ｒｉ ｅ ｔ ｈ ｉ ｐ ｎ ｏｆ１ ０ ｍ ｗｏ ｅ ａ ｌ ｓｗｉｈ ｓ ａ ｉ ｌｃ ｂｌ ｙ ｔ ｍ ｎ ｄｏ ｌ ａ ｌ ｓ ｔ ｍ ， ｒ ｓ ｅ ｔｖ ｌ ｕｂ ｅ ｃ ｂ ｅ ｙｓ ｅ ｅ ｐ ｃ ｉ ｅ ｙ，ｗｅ ｅ ｄｅ ｉ ｎｅ ｒ ｓ ｇ ｄ． Ｔｈ ｓ ｒ ｃ ｕ ａ ｄ ａ ｃ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ， ｔ ｅ ｅ ｔ ｕ ｔ ｒ ｌ ｙｎ ｍｉ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｈ
关 键词 ： 三塔 悬 索桥 ； 空间缆 索体 系； 面双缆 体 系； 力特性 ； 平 动 空气静 力稳 定性 ； 气动 力稳 定性 空
中图分类 号 ： ４． ５ Ｕ４ ８ ２ 文０ １ ０ —３ ３ ２ １ ） ４０ ３ —５
Ｋｅ ｒ ：ｔ ｒ ｅ ｔ ｗｅ ｕ ｐ ｎ ｉ ｒｄｇ ｙ ｗｏ ｄｓ ｈ ｅ — ｏ ｒ ｓ ｓ ｅ ｓｏｎ ｂ ｉ ｅ；ｓ ａ ｉｌ ａ ｌ ｙ ｔ ｍ ； ｄ ｕｂｌ ａ ｌ ｙ ｔ ｍ ； ｄ ｎａ ｉ ｐ ｔａ ｃ ｂ ｅ ｓ ｓ ｅ ｏ ｅ ｃ ｂｅ ｓ ｓｅ ｙ ｍ ｃ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ；ａ ｒ ｔ ｔｃ ｓ ａ ｌｔ ｅ ｏｓ ａ ｉ ｔ ｂｉｉｙ；ａ ｒ ｄｙ ｍ ｉ ｔ ｂｉｉｙ ｅ ｏ ｎａ ｃ ｓ ａ ｌｔ
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堤身的填筑, 但由于试验条件限制, 改种填料仅限于路 基填筑高度 10 m 以内, 由于夯实层 表面对水比较 敏 感, 如果 2层施工间隔的时间较长或遇到下雨或长时 间太阳暴晒, 下层填筑前应对表面进行碾压处理。 参考文献:
[ 1] 铁四院. 新建铁路武汉至广州客运专线乌花段新建工程 施工设计 图路基设计图集 [ Z]. 武汉: 20061
[ 2 ] 铁道部第一勘测设计院. 铁路工程地质手册 [ K]. 北 京: 中国铁道 出版社, 1999.
31
# 桥 梁#
陈 策 ) 大跨径三塔悬索桥抗风性能分析
见表 1, 可以看出风随高度增加的特征。
桥的设计方案, 两主跨均为 1 080 m(图 1), 桥面为 6车 道, 矢跨比为 1/ 9, 2根主缆横向间距为 3518m, 加劲梁 采用封闭式流线型扁平钢箱梁。中塔为变截面钢塔, 横 桥向为门式框架结构, 纵桥向为人字形。中塔基础采用 沉井基础, 边塔基础采用变截面群桩基础。
随着经济的发展, 需要在更宽的河流上建造桥梁, 多跨悬索桥因其卓越的跨越能力应时而生, 1936年建 成的美国旧金山 ) 奥克兰海湾大桥即由 2 座主跨 705 m 的 悬索 桥相 互 衔接 而 成 。日 本 的 津 轻 海 峡 大桥 、我 国的青岛海湾大桥等也研究过多跨悬索桥方案。泰州 大桥的初步设计主桥为大跨径三塔两跨悬索桥方案, 由于三塔悬索桥结构轻柔, 整体结构刚度较低, 为了保 证工程的抗风稳定性, 对其抗风性能进行全面的研究 十分必要。根据桥位处的风场特征探讨了泰州大桥设 计风速的取值, 并对它的静力抗风稳定性、设计风速下 的颤振稳定性、涡激共振稳定性进行了研究。
Vtd = ftB
P3 2
L
r b
21 C cM
( 2)
其中: ft 为扭转基频为 01284 9H z; B 为主梁 全宽 为 3518m; L= m / ( P Qb2 ), m 为桥面系及主缆单位长度
质量, 取 26 03219 kg/m, Q为空气密度, b为桥梁半宽;
r /b为桥梁断面的惯性半径比,
r b
=
1 b
mIm, Im 为桥面
系及主缆单位长度质量惯矩, 为 5 104 670 kg# m2 /m;
C cM 为风攻角为 0b时, 主梁扭转力矩系数 CM 的斜率, 为 01975。计算得出泰州大桥的静力扭转发散临界风
速为 146119 m / s。根据 5公路桥梁抗风设计规范 6, 静
力扭转发散的检验风速可取为 [ Vtd ] = 2 @Vd = 2 @40. 2 = 80. 4 m / s ( 3)
4 @3 5.
8=
5. 63
( 4)
其中, ft 为扭转基频, B 为桥面全宽, [ Vcr ]为颤振
检验风速 (m / s)。
5公路桥梁抗风设计规范 6第 61313条规定, 当颤
振稳定性指数 4[ If [ 715时, 宜进行主梁气动选型, 并通过节段模型试验、全桥模型试验或详细的颤振稳
定性分析进行检验。江苏省长江公路大桥建设指挥部
一般情况下, 风速随高度的增加而不断增加。泰 州大桥 2006年观测期间得到的 10 m in平均最大风速
6 结论
通过以上试验得研究, 白垩纪全风化砂砾岩填料 填筑路基有以下特点:
( 1)填料自身结构质密, 粒径小于 015 mm颗粒试 验显示低塑性;
( 2)在饱和状态最不利荷载条件下, 一维压 缩试 验显示 填料 在 填筑 完成 后 其沉 降 很快 完 成而 趋 于 稳定;
3 主梁一阶正对称侧弯 3 01095 8 1 01048 9 1 01050 9 1 01072 4 主梁一阶正对称竖弯 5 01156 6 4 01124 1 4 01134 4 4 01150
5 主梁一阶反对称扭转 19 01284 9 19 01269 8 16 01274 7
01 3 40
01071 6, f2 = 01081 5), 与比较悬索桥的相近 1119 B1, 但小于润扬大桥和江阴大桥的 1181 B1, 反映泰州大桥
的面内刚度与面外刚度相差不大。 (3) 泰州大桥一阶反对称扭转频率小于主跨
1 080 m的悬索桥, 由于 其桥面比较宽扁, 其性能 接近 平板桥面。其抗扭能力小于主跨相 同的单主跨悬 索
( 3)填料中无明显不利于路基稳定的材料, 对水 也有足够稳定性;
( 4)经过压实后, 填层可得到较高的压实密度, 经 过长期摆放和雨水浸泡后, 没有明显松弛反弹行为, 填
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DES IGN 2008 (2 )
料能够长期稳定; ( 5)填料碾压后在夯实表面细颗粒聚集, 表 面对
表 3列出了泰州大桥的结构动力特性有限元分析 结果, 并与江阴大桥、润扬大桥以及跨径布置为 390 m + 1 080m + 390m, 其他结构形式皆和泰州大桥相同的 双塔悬索桥进行了对比。
通过对上述结果的分析, 可知泰州大桥的动力特 性具有以下特点。
( 1)主跨 2 @1 080 m 的三 塔悬索桥 第一阶频 率 f1 = 01071 6H z, 振型主梁一阶反对称侧弯; 主跨 1 080
Vtd > [ Vtd ], 泰州长江公路大桥在成桥状态不会发生静 力扭转发散。
314 三塔悬索桥颤振稳定性分析 气流经过桥梁断面时, 风的动力激发桥梁结构的
32
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DES IGN 2008 (2 )
陈 策 ) 大跨径三塔悬索桥抗风性能分析
# 桥 梁#
振动, 当振动系统所吸收的能量超越了自身的耗散能
者, 主梁一阶反对称竖弯、一阶正对称竖弯也明显地参
与了颤振运动, 是以反对称扭转振动为主的耦合颤振,
试验采用了两种振型组合: 即组合 Ñ 为一阶反对称竖
弯 + 一阶反对称扭转, 组合 Ò 为一阶正对称竖弯 + 一
阶反对称扭转。
参照 5公路桥梁抗风设计规范 6, 实桥各阶模态阻
尼比均取为 015% , 试验在均匀流场中进行。采 用直
表 1 桥位平 均风速和最大风速平均
高度 /m
60
50
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ30
10
10 m in最大风速平均 / (m / s) 81 02 71 66 7141 6165
分析逐日各层日最大风速出现的时间和风向, 发现
各层的最大风速出现时间很多情况下基本同步, 但同一
时间各层风的风向也可能不完全一致。风速随高度的
变化不仅受到地形、地面粗糙度影响, 还受到大气层稳
m的双塔悬索桥第一阶频率 f1 = 01072H z, 润扬大桥 和江阴大桥 第一阶频 率分别为 01048 9 H z和 01050 9 H z, 振型皆为主梁一阶正对称侧弯。由此可见, 主 跨 相同的三塔悬索桥和 双塔悬索桥第一阶振动频率 接
近, 泰州大桥第一阶振型为一阶反对称侧弯, 而不是常
规的双塔大跨径悬索桥的一阶正对称侧弯。 ( 2)泰州大桥的面内外基频之比为 1114 B1 ( f1 =
# 桥 梁#
大跨径三塔悬索桥抗风性能分析
陈策
(江苏省长江公路大桥建设指挥部, 南京 210004)
摘 要: 针对泰州 长江 公 路大 桥在 抗 风设 计方 面 的难 点与 特 点, 研究三塔悬索桥抗风性能, 包括三 塔悬索桥的 动力特性、加 劲梁断面的静力稳定 性、颤振 稳定性 以及 涡激共 振等, 揭 示三 塔悬索桥的部分抗风特性。 关键词: 三塔悬索桥; 抗风性能; 风洞试验; 动力特性 中图分类号: U4481 25 文献标识码: A 文章编号: 100422954 ( 2008) 0220031203
力而造成系统运动发散, 这种空气动力失稳现象就是
颤振。泰州大桥加劲梁采用流形线钢箱梁, 其空气动
力特性和平板的空气动力特性类似, 有比较大的升力
曲线斜率, 动态失稳主要表现为扭转颤振或弯曲扭转
复合颤振。
根据 5公路桥梁抗风设计规范 6, 其颤振稳定性指
数为
If =
[ Vcr ] ft# B
=
0.
57. 284 9
委托同济大学开展了泰州大桥节段模型试验, 对主梁
进行了气动选型。试验在同济大学土木工程防灾国家
重点实验室 T J21 边界层风 洞中进行, 采用缩尺比 为
1 /70的弹簧悬挂二元刚体节段模型。成桥状态考虑了
栏杆、防撞栏以及检修轨道的设置。泰州大桥在来流
攻角为 0b时, 主梁一阶反对称扭转为颤振的主要参与
表 3 三塔悬索桥 与双塔悬索桥自振特性比较
泰州大桥 润扬大桥 江阴大桥 比较悬索桥
( 主跨
( 主跨
( 主跨
( 主跨
序
振型描述
号
2@1 080m ) 1 490m)
1 385m) 1 080m )
振型 频率 振型 频率 振型 频率 振型 频率
号 /H z 号 /H z 号 /H z 号 /H z
1 主梁一阶反对称侧弯 1 01071 6 3 01122 9 3 01116 9 3 01230 2 主梁一阶反对称竖弯 2 01081 5 2 01088 4 2 01092 0 2 01086
Zn 处的风速, H为地面粗糙度指数, 其值大小反映了风 速随高度增加的 快慢, 地面 越粗糙, 该 值越大。根 据
2006年泰州大桥同步风速的观测资料, 分析计算得到
同步日较大风速的 H值 (表 2)。拟合相关分析表明,
推算的指数率对 60 m 处 的风速拟合较 好, 相关系 数
01863, 通过 0105信度显著性检验。
定度、天气以及江陆风环流的影响, 风随高度的变化规