超大跨度悬索桥的动力性能与抗风挑战
大跨径悬索桥风致振动及抗风措施
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。
2 大跨度悬索桥风致振动形式风是指空气由于太阳加热不均匀而引起的流动，具有一定的速度与方向。
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。
大型Z字钢悬索桥结构的抗风性能研究
大型Z字钢悬索桥结构的抗风性能研究随着城市发展和交通规模的不断扩大，大型桥梁工程在现代交通建设中扮演着重要角色。
悬索桥作为一种常见的桥梁形式，以其优良的抗风性能且具有美观的外观，成为了高速公路和铁路等交通枢纽的首选。
本文将对大型Z字钢悬索桥的抗风性能进行研究。
大型Z字钢悬索桥是一种特殊结构的桥梁，其主梁呈现Z字型。
相较于传统的I型悬索桥，Z字钢悬索桥结构能够更好地抵抗风力的作用。
然而，在实际的工程应用中，仍然需要对其抗风性能进行研究和分析，以确保桥梁的安全性和稳定性。
首先，通过对大型Z字钢悬索桥结构在风洞实验室中进行模拟试验，得出了桥梁在不同风速下的应变、振动等参数。
实验结果表明，大型Z字钢悬索桥采用的结构设计具有良好的抗风能力。
通过增加桥面的抗风减振措施，如调整悬索索的间距、增加支撑结构等，可以进一步提高悬索桥的抗风性能。
其次，利用数值模拟方法对大型Z字钢悬索桥结构进行风力分析，得出了桥梁在不同风速下的应力、变形等参数。
数值模拟结果与实验结果相一致，证明了大型Z字钢悬索桥结构的可靠性和稳定性。
同时，数值模拟还能够提供更详细的桥梁受力情况，为桥梁设计和加固提供了理论支持。
然后，基于研究结果，对大型Z字钢悬索桥结构的抗风性能进行了分析和评估。
从结构刚度、桥面平整度、自振频率等方面考虑，大型Z字钢悬索桥具有较高的抗风能力，能够承受强风的作用。
然而，在一些特殊地域或气象条件下，仍需要进行进一步的抗风设计和改进，以保证桥梁在恶劣环境中的安全运行。
最后，针对大型Z字钢悬索桥结构的抗风性能研究结果，提出了一些改进和优化建议。
首先，可以通过增加桥梁的自振频率，降低桥梁受到风力的激励。
其次，可以采用更先进的材料和工艺，提高桥梁的抗风能力和结构稳定性。
最后，建议对大型Z字钢悬索桥进行定期的检测和维护，以确保桥梁长期运行的安全性和可靠性。
综上所述，大型Z字钢悬索桥结构具有很好的抗风性能，通过实验和数值模拟的研究，得出了桥梁在不同风速下的应力、应变、振动等参数。
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 ） ．
大跨度悬索桥在风与列车荷载同时作用下的动力响应分析_夏禾_图(精)
88 铁道学报第 24卷振型采用 0. 5 %。
列车模型由 8节轻轨车辆组成 , 车辆的平均轻车轴重为 10 144 kg, 重车轴重为 13 250 kg。
车辆竖向和横向自振频率分别为 1. 04 Hz和 0. 68 Hz 。
模拟抖振风力时采用了下面的风速功率谱[11 ] Su (k = Sw (k = 200f ( z u*2 5 /3 k /2 π [ 1+ 50f ( z ] 3. 36f ( z u* k/ 2 π [ 1+ 10f ( z ]5 /3 2 以得出结论: 当仅以列车荷载作为激励时 , 运行列车对大跨度悬索桥横向振动的影响非常小。
( 24 ( 25 式中 , u* 是摩阻风速; f ( z = k/ 2 πU ( z 。
平均风速取 60 m /s,摩阻风速 u* 取 1. 15 m /s。
桥面的阻力、升力和力矩系数根据试验结果按桥面宽度 41 m 分别取 0. 135 、 0. 090 和 0. 063 。
在零攻角情况下阻力、升力和力矩的一阶导数分别为 - 0. 253 、 1. 324 和 0. 278 。
风速时程的取样频率 20 Hz, 样本长度 10 。
频率取样间隔和总数分别取 0. 001 Hz和 1 000 。
mi n 根据实际桥梁和车辆的参数 , 模拟列车过桥的全过程 , 计算了桥梁和车辆的动力响应。
积分步长取 -= 60 0. 005 s, 计算车速 70 km /h。
图 4 是按平均风速 U 、 2阶模态风荷载时程曲线 , m /s 模拟产生的桥梁第 1 分别对应桥梁的横向弯曲和竖向弯曲振型。
图 5 列车荷载作用下桥梁主跨跨中横向位移时程曲线图 5( b给出了无风情况下青马大桥主跨跨中的实测位移响应曲线 , 列车速度为 70 km /h 。
计算振幅和实测振幅的大小基本相同 , 在主要振动趋势上 , 计算曲线与实测结果是一致的。
- = 60 m /s 的风荷载同时作图 6( a 是在列车和 U 用下 ,桥梁跨中横向位移响应时程曲线。
风荷载作用下大跨度悬索桥的动力响应及列车运行安全分析
m ⎛ λωD ⎞ 其中： C = exp⎜ − ⎟ ； ω mk = (k − 1) ∆ ω + ∆ ω ； U 2 π n ⎝ ⎠ 1
k=1,2,…N1 ； λ 是无量纲的衰减因子，取值范围约 为 7~10； U ( z ) 是主梁高度的平均风速；D 是模拟 风速点的水平间距。 2.2.2 桥梁风荷载 作用在桥梁上的风荷载由阻力 FD、升力 FL 和 升力矩 FM 三个分量组成。每个分量又包括三个部 分：由平均风引起的静风力、由脉动风引起的抖振 力以及由风与桥梁或车辆运动形成的相互作用而 (2) 产生的自激力。然而实际上，由静风力引起的桥梁 变形可以方便地根据风洞试验测得的阻力系数并 通过系统的静力平衡方程确定。所以在本文的桥梁 风振分析时，假定列车在桥上运行过程中平均风速 不发生变化，仅考虑了抖振力和自激力的作用。 (1) 桥梁抖振风力 作用于桥梁第 i 个节点的抖振力可以表示为[1]：
车桥系统风荷载由平均风和脉动风组成如图平均风作为静风荷载作用于桥塔主缆吊索桥面等结构上可引起桥梁整体较大的横向桥面行车方向列车上桥前上桥过程列车在桥上出桥过程列车出桥后风压风作用下列车悬索桥系统的振动机理fig1vibrationtrainsuspensionbridgesystemunderwindact风车桥系统动力分析模型21风车桥系统动力分析模型风荷载作用下的列车与大跨度悬索桥系统振动分析模型由车辆模型桥梁模型风荷载模型组车辆模型是由机车和车辆组成的列车每节车都是由车体转向架轮对以及弹簧阻尼悬挂装置组成多自由度振动系统
梁体、桥面系、桥上轨道等结构组成。在研究风荷 载作用下车桥体系的振动时，假定轨道与桥面之间 没有相对运动，忽略轨枕和扣件的弹性变形。 车桥系统风荷载由升力、阻力和扭转力矩三个 分量组成， 每个分量又包括： 平均风引起的静风力、 脉动风引起的抖振力、风与桥梁或车辆运动相互作 用而产生的自激力。由于静风力引起的桥梁变形可 以方便地根据风洞试验测出的三分力系数通过静 力分析确定，桥梁风荷载只考虑抖振力和自激力的 作用。由于列车通过桥梁时，带有横向平均风压的 车辆形成移动荷载列，对桥梁产生很大的冲击作 用，因此车辆风荷载包括：由平均风引起的静风力 和由脉动风引起的抖振力。为简化起见，分析中忽
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大型跨海、河、峡等水体的大型跨度桥梁，在其施工及成桥阶段，受风力影响较大。
在悬索桥的设计与施工中，需要考虑并采取相应的抗风措施，以确保大跨径悬索桥的安全性和稳定性。
本文将重点探讨大跨径悬索桥施工及成桥阶段的抗风措施研究。
一、大跨径悬索桥施工阶段的抗风措施研究1. 风险评估在大跨度悬索桥的施工前，需要进行全面的风险评估，包括对施工场地的风力状况进行详细的分析和评估，以确定施工中可能面临的风险，为制定合理的抗风措施提供依据。
2. 施工工艺调整针对大跨度悬索桥施工的特点，可以采取一些工艺调整措施，以减小风对施工造成的影响。
在施工现场悬挑钢梁时，可选择在风力较小的时间段进行，或者采取加固、增加支撑等措施，以确保施工的稳定性。
3. 安全防护设施在施工现场设置必要的安全防护设施，比如加固施工平台、加装抗风设施等，避免风力对施工人员和设备的影响，确保施工作业的安全进行。
二、大跨径悬索桥成桥阶段的抗风措施研究1. 成桥工艺优化针对大跨径悬索桥的成桥阶段，可以针对不同的成桥工艺优化抗风措施。
在主梁吊装过程中，可以选择在风力较小的时间段进行，精心安排吊装作业，减小风力对吊装过程的影响。
2. 风力监测系统在成桥阶段建立完善的风力监测系统，实时监测风力变化的情况，及时发现风力变化并做出相应的调整，以确保成桥作业的安全性。
3. 抗风设施设置在大跨径悬索桥成桥阶段，可设置一些抗风设施，比如加固支撑、增加加固材料使用量等，以应对可能出现的大风天气，确保成桥作业的持续进行。
三、大跨度悬索桥抗风措施研究的例子例1：香港青马大桥大跨度悬索桥施工阶段的抗风措施青马大桥是香港的一座重要桥梁，其大跨度悬索桥的施工阶段，面临着严峻的风力挑战。
为此，工程团队采取了一系列抗风措施，包括在施工前进行全面的风险评估、优化施工工艺、采用专业的风力监测系统、设置安全防护设施等措施，最终顺利完成了青马大桥的悬索桥部分的施工阶段。
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009 全国结构动力学学术研讨会安徽省安庆市，2009.10.28-31 中国振动工程学会结构动力学专业委员会超大跨度悬索桥的动力性能与抗风挑战葛耀君土木工程防灾国家重点实验室，同济大学桥梁工程系，上海 200092摘 要 悬索桥是跨越能力最大的桥型，在 10 座世界最大跨度的悬索桥中，有 5 座曾经遇到过抗风问题，其中 4座是桥梁颤振问题。
本文通过对润杨长江大桥和舟山西堠门大桥颤振控制研究的介绍，揭示了传统单主跨悬索桥的动力 特性和抗风特定，并总结了其跨径的抗风上限在 1500m 左右，任何逼近或超过这一上限跨径的悬索桥就必须考虑采取抗 风控制措施；在对更大跨径悬索桥需求分析的基础上，预测了悬索桥跨径的抗风下限可以达到 5000m，并论证了采用宽 开槽分体箱梁或窄开槽带稳定板分体箱梁可以满足良好的动力特性要求和足够高的颤振检验风速要求；为了实现超长距 离的连续跨越，多主跨悬索桥作为一种新的桥型已经崛起，以泰州长江大桥和马鞍山长江大桥为工程背景，揭示中塔纵 向弯曲刚度是双主跨悬索桥结构受力关键，并比较了双主跨悬索桥和单主跨悬索桥的动力性能和抗风性能。
关键词 悬索桥 超大跨度 动力特性 颤振 跨径极限 抗风挑战 双主跨1 前言我国自从改革开放以来，国民经济以平均 9%的国民生产总值年增长率高速发展了 30 年，由此对 交通基础设施，特别是公路交通基础设施的建设提出了巨大的需求。
为了适应这一需求，1988 年建成 了国内第一条高速公路。
1989 年，我国启动了国道干线公路系统 30 年发展计划，这个系统主要包括五 纵七横共 12 条干线公路，总里程 19 万公里，该计划提前到 2007 年完成。
2004 年，国务院又批准实施 国家高速公路网计划， 主要包括 7 条始于北京的辐射线路以及 9 条南北纵向道路和 18 条东西横向道路， 简称“7918”工程，总里程约 8.5 万公里，计划在 2020 年建成。
干线公路和高速公路建设离不开桥梁， 随着这两项计划的加速实施和其它公路建设项目的积极推进，公路桥梁建设取得了空前的发展，1978 年我国的公路桥梁总数为 12.8 万座或 3,300 公里， 到 2008 年底， 公路桥梁已经达到 59.4 万座或 25,200 [1] 公里，分别是 30 年前的 4.6 倍或 7.6 倍 。
在数量巨大的公路桥梁中出现了许多大跨度桥梁，其中，建成于 1991 年的上海南浦大桥（图 1a） 是第一座进入世界先进行列的中国桥梁，423m 的主跨在世界斜拉桥中排列第三。
在此后的近 20 年中， 我国相继建成了跨径超过 400m 的大跨度桥梁 54 座， 其中包括 8 座拱桥、 30 座斜拉桥和 16 座悬索桥 （表 1） 。
其中，重庆朝天门大桥（图 1b）以 552m 主跨超越上海卢浦大桥再次创造了拱桥跨度的世界记录； 而斜拉桥主跨猛增到 1088m， 苏通长江大桥成为世界最大跨度斜拉桥 （图 1c） ； 舟山西堠门大桥 （图 1d） [2] 的主跨达到 1650m，是跨度最大的钢箱梁悬索桥，仅次于钢桁梁的日本明石海峡大桥 。
随着桥梁跨径的不断增大，桥梁结构日趋轻柔化，结构动力特性问题以及抗风问题日益突出，特别 是超大跨度悬索桥的颤振稳定问题已经成为直接影响跨度进一步增长的关键因素。
本文将首先简要介绍 我国近期建成的几座大跨度悬索桥的动力特性和颤振稳定性问题及其所采用的控制方法， 然后介绍基于 悬索桥跨径增长需求的主跨 5000m 悬索桥的结构动力特性和颤振控制研究的最新进展，最后对于新近 崛起的为了适应长距离连续跨越的多主跨悬索桥的技术挑战，包括动力性能和抗风性能的分析对比。
8表 1 中国主跨超过 400m 的悬索桥编号 1 2 3 4 5 6 7 8桥名主跨建成年份 1984 1995 1996 1997 1997 1997 1999 1999编号 9 10 11 12 13 14 15 16桥名主跨建成年份 2000 2001 2001 2004 2005 2007 2008 2009西藏达孜大桥 汕头海湾大桥 湖北西陵长江大桥 四川丰都长江大桥 广东虎门大桥 香港青马大桥 厦门海沧大桥 江苏江阴长江大桥500m 452m 900m 450m 888m 1377m 648m 1385m四川鹅公岩大桥 四川忠县长江大桥 湖北宜昌长江大桥 四川万县长江二桥 江苏润扬长江大桥 湖北阳逻长江大桥 广东黄埔大桥 舟山西堠门大桥600m 560m 960m 580m 1490m 1280m 1108m 1650m(a) 上海南浦大桥(b) 重庆朝天门大桥(c) 江苏苏通大桥 图 1 中国最大跨径桥梁(d) 舟山西堠门大桥2 现有大跨度悬索桥实践2.1 悬索桥抗风问题在过去的一个多世纪里，大跨度悬索桥建设取得了飞速的发展。
悬索桥跨径从美国布鲁克林大桥 (1883 年)的 483m 跃升到人类历史上第一座跨 1000m 的乔治⋅华盛顿大桥 (1931 年)用了不到 50 年的时 间，跨径的增大因子为 2.2 倍；在随后的又一个 50 年中，相继诞生了破纪录的 1280m 跨径的美国金门 大桥（1937 年）和 1410m 跨径的英国亨伯大桥（1981 年） ，跨径的增大因子是 1.3 倍；1998 年建成的 日本明石海峡大桥，以 1991m 的跨径带来了又一个 1.4 倍的悬索桥跨径增长因子，但这次仅仅用了 179年的时间。
悬索桥跨径快速增长举世瞩目。
表 2 列出了全世界已经建成的 10 座最大跨度的悬索桥，其中有 5 座在中国、2 座在美国，日本、 丹麦和英国各有 1 座[3]。
表 2 中不仅列出了悬索桥的跨径、国家、建成年份等总体信息，而且收集了桥 梁抗风性能方面的主要信息，包括主梁形式、风振问题及采取的控制措施。
其中，前 4 座悬索桥和香港 青马大桥均存在抗风问题，除了丹麦大海带桥之外，主要都是颤振稳定性问题，需要采用有效的抗风控 制措施来改善桥梁的气动稳定性，例如，润扬长江大桥采用了中央稳定板，舟山西堠门大桥采用了分体 双箱梁。
下面将主要介绍这两座中国大陆悬索桥的抗风研究成果和颤振控制方法[2]。
表 2 全世界 10 座最大跨径悬索桥跨径排序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10桥名 明石海峡大桥 西堠门大桥 大海带桥 润扬长江大桥 亨伯大桥 江阴长江大桥 青马大桥 维拉扎诺大桥 金门大桥 阳逻长江大桥主跨 1991m 1650m 1624m 1490m 1410m 1385m 1377m 1298m 1280m 1280m主梁形式 桁梁 箱梁 箱梁 箱梁 箱梁 箱梁 箱梁 桁梁 桁梁 箱梁抗风问题 颤振 颤振 涡振 颤振 无 无 颤振 无 无 无控制措施 开槽/稳定板 开槽 导流板 稳定板 无 无 开槽 无 无 无国家 日本 中国 丹麦 中国 英国 中国 中国香港 美国 美国 中国建成年份 1998 2008 1998 2005 1981 1999 1997 1964 1937 20072.2 中央稳定板颤振控制建成于 2005 年的江苏润扬长江大桥是中国第二、世界第四大跨径悬索桥。
该桥位于中国东部江苏 省境内， 跨越长江连接镇江市和扬州市， 为典型的一跨简支悬索桥， 跨径布置为 510m + 1490m + 510m， 如图 2 所示。
加劲梁断面为传统的闭口钢箱梁，梁高 3m、宽 36.3m。
桥面双向各 3 个车道，每个车道 宽 3.75m，桥面两侧各留出一道 3.5m 宽的紧急停车带，如图 3 所示。
为了改善气动性能和美学效果， 箱梁两边安装了风嘴[4]。
图 2 润扬长江大桥立面图（单位：m）图 3 润扬长江大桥主梁横断面图（单位：m）根据文献[4]提供的润扬大桥结构信息，对原桥动力特性进行了有限元分析，计算获得了侧向弯曲 振动、竖向弯曲振动和扭转振动的对称及反对称基频，并与大海带大桥和舟山西堠门大桥进行了比较， 如表 3 所示。
三座最大跨度钢箱梁悬索桥基频比较结果表明， 润扬长江大桥的竖弯和侧弯基频基本合理，10但是扭转基频特别是对称扭转基频小于其他两座跨径更大的悬索桥， 相对偏低， 究其原因主要是由于主 梁梁高较低。
为了研究润扬长江大桥的气动稳定性，特别是较低扭转频率对颤振临界风速的影响，在同济大学 TJ-1 边界层风洞中进行了缩尺节段模型风洞试验， 几何相似比为 1:70， 该风洞试验段宽 1.8m， 高 1.8m， 长 15m。
通过第一阶段试验发现，原结构颤振临界风速仅仅为 50.8m/s，无法满足 54m/s 颤振检验风速 的抗风设计要求。
为了提高结构的颤振稳定性，决定采取气动控制措施，在进一步的节段模型风洞试验 中，在主梁断面中心线上增设了不同高度的中央稳定板（见图 3） 。
为了确认节段模型风洞试验的结果， 又在同济大学 TJ-3 风洞中进行了全桥气弹模型风洞试验，该风洞试验段宽 15m、高 2m、长 14m。
节段 模型试验(SM)和全桥气弹模型试验(FM)所获得的颤振临界风速如表 4 所示[4]。
表 3 钢箱梁悬索桥的基频比较桥名 江苏润扬 Great Belt 西堠门跨径 (m) 1490 1624 1650侧弯频率 (Hz) 对称 0.0489 0.0521 0.0484 反对称 0.1229 0.1180 0.1086竖弯频率(Hz) 对称 0.1241 0.0839 0.1000 反对称 0.0884 0.0998 0.0791扭转频率 (Hz) 对称 0.2308 0.2780 0.2323 反对称 0.2698 0.3830 0.2380表 4 润扬长江大桥颤振临界风速箱梁构造外形 不加稳定板箱梁结构 附加 0.65m 高稳定板的箱梁 附加 0.88m 高稳定板的箱梁 附加 1.10m 高稳定板的箱梁颤振临界风速 (m/s) SM at 0° 64.4 SM at +3° 50.8 58.1 64.9 67.4 FM at 0° 64.3 69.5 72.1 >75 FM at +3° 52.5 53.8 55.1 56.4检验风速 (m/s) 54 54 54 54通过比较可以发现， 附加稳定板的钢箱梁悬索桥的全桥气弹模型风洞试验确定的颤振临界风速稍低 于节段模型风洞试验结果， 起控制作用； 基于全桥气弹模型风洞试验结果的 0.88m 高的中央稳定板就能 有效地将颤振临界风速提高到颤振检验风速之上。
图 4 给出了安装上中央稳定板后的润杨长江大桥。
图 4 润扬长江大桥的中央稳定板2.3 分体双箱梁颤振控制舟山西堠门大桥作为浙江省舟山大陆连岛工程的主体工程， 是跨越西堠门水道、 连接金塘岛和册子11岛的一座特大跨度桥梁。