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

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。
风振对桥梁工程损害及防治

风振对桥梁工程损害及防治摘要:风对桥梁的作用是一种十分复杂的现象,随着桥梁跨径的不断增加,风振现象也越来越受到工程界的关注。
本文针对抖振、涡激共振、风雨振等风致振动对大跨度桥梁的结构安全形成不可忽视的影响,探讨了大跨度桥梁抗风设计原则与风致振动的控制,提出了改善桥梁结构和增加机械阻尼等方法。
关键词:大跨度桥梁;风致振动;抗风设计1引言1940年秋,美国华盛顿州建成才四个月的主跨853m的塔科马悬索桥在风速不到20m/s的8级大风袭击下发生了当时还难以理解的强烈振动,奇妙的风竟使桥面扭曲翻腾.而且振幅愈来愈大。
直至使桥面倾翻到45度,最终导致桥粱的折断坠入峡谷之中。
这次事故后引起了国际桥梁工程界和空气动力界的极大关切,并开展了大量的理论探索和风洞实验研究。
我国自70年代起斜拉桥蓬勃发展,跨度日益增大,1999年10月,主跨1385m的江阴长江公路大桥的建成通车,使我国成为世界上能自主设计和建造千米级悬索桥的第六个国家。
中国改革开放以来已经建成了百余座缆索承重桥梁,其中包括10座悬索桥和近20座跨度超过400m的斜拉桥。
与此同步,斜拉桥和吊桥的风致振动理论与实验研究也结合工程实际迅速发展,并取得了一些有价值的研究成果。
2桥梁结构风致振动理论风灾是自然灾害中发生最频繁的一种,桥梁的风害事故屡见不鲜。
风与结构的相互作用是一个十分复杂的现象,它受风的自然特性、结构的外型、结构的动力特性以及风与结构的相互作用等多方面因素的制约。
当风绕过一般为非流线型作用截面的桥梁结构时,会产生旋涡和流动的分离,形成复杂的空气作用力。
当桥梁结构的刚度较大时,结构保持静止不动,这种空气力的作用只相当于静力作用。
当桥梁结构的刚度较小时,结构振动受到激发,这时空气力的作用不仅具有静力作用,而且具有动力作用。
2.1 风的静力作用静力作用指风速中由平均风速部分施加在结构上的静压产生的效应,可分为顺风向风力、横风向风力和风扭转力矩。
在顺风平均风的作用下,结构上的风压值不随时间发生变化,作用与桥梁上的风力可能来自任一方向,其中横桥向水平风力最为危险,是主要的计算对象。
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。
悬索桥的风致振动特性分析

悬索桥的风致振动特性分析在现代桥梁工程中,悬索桥以其跨越能力大、造型优美等特点成为了众多大型交通基础设施的首选方案。
然而,风对悬索桥的影响不容忽视,风致振动可能导致桥梁结构的疲劳损伤,甚至影响桥梁的安全性和使用性能。
因此,深入研究悬索桥的风致振动特性具有重要的理论意义和工程应用价值。
悬索桥的结构特点决定了其对风的敏感性。
悬索桥主要由主缆、加劲梁、桥塔和吊索等组成。
主缆承担着主要的荷载,加劲梁则通过吊索悬挂在主缆上。
这种柔性结构在风的作用下容易产生振动。
风致振动的类型多种多样,常见的有颤振、涡振和抖振等。
颤振是一种自激振动,当风速超过一定临界值时,桥梁结构的振动会不断加剧,直至发生破坏。
涡振则是由于风流绕过桥梁结构时产生的漩涡脱落引起的周期性振动。
抖振是由自然风的紊流成分引起的随机振动。
影响悬索桥风致振动特性的因素众多。
首先是桥梁的几何形状和尺寸,包括加劲梁的截面形状、主缆的垂度、桥塔的形式等。
不同的几何参数会导致风在桥梁表面的流动特性发生变化,从而影响振动特性。
其次是风速和风向。
风速越大,风对桥梁的作用力也就越大,振动响应越明显。
风向的变化也会改变风与桥梁的相互作用方式。
此外,桥梁所处的地形和环境条件也会对风致振动产生影响。
例如,峡谷地区的风场较为复杂,可能会增加桥梁的风荷载。
为了研究悬索桥的风致振动特性,通常采用风洞试验和数值模拟的方法。
风洞试验是将桥梁模型置于风洞中,模拟实际的风场环境,测量桥梁模型的风荷载和振动响应。
这种方法直观可靠,但成本较高,试验周期长。
数值模拟则是利用计算机软件建立桥梁的数学模型,通过求解流体力学方程来计算风与桥梁的相互作用。
数值模拟具有成本低、效率高的优点,但需要对模型进行合理的简化和验证。
在实际工程中,为了减小悬索桥的风致振动,通常采取一系列的抗风措施。
对于加劲梁,可以采用流线型的截面设计,减少风的阻力和漩涡脱落。
在主缆和吊索上设置阻尼器,可以消耗振动能量,降低振动幅度。
风振对桥梁工程损害及防治

风振对桥梁工程损害及防治摘要:风对桥梁的作用是一种十分复杂的现象,随着桥梁跨径的不断增加,风振现象也越来越受到工程界的关注。
本文针对抖振、涡激共振、风雨振等风致振动对大跨度桥梁的结构安全形成不可忽视的影响,探讨了大跨度桥梁抗风设计原则与风致振动的控制,提出了改善桥梁结构和增加机械阻尼等方法。
关键词:大跨度桥梁;风致振动;抗风设计1引言1940年秋,美国华盛顿州建成才四个月的主跨853m的塔科马悬索桥在风速不到20m/s的8级大风袭击下发生了当时还难以理解的强烈振动,奇妙的风竟使桥面扭曲翻腾。
而且振幅愈来愈大.直至使桥面倾翻到45度,最终导致桥粱的折断坠入峡谷之中。
这次事故后引起了国际桥梁工程界和空气动力界的极大关切,并开展了大量的理论探索和风洞实验研究。
我国自70年代起斜拉桥蓬勃发展,跨度日益增大,1999年10月,主跨1385m的江阴长江公路大桥的建成通车,使我国成为世界上能自主设计和建造千米级悬索桥的第六个国家。
中国改革开放以来已经建成了百余座缆索承重桥梁,其中包括10座悬索桥和近20座跨度超过400m的斜拉桥.与此同步,斜拉桥和吊桥的风致振动理论与实验研究也结合工程实际迅速发展,并取得了一些有价值的研究成果。
2桥梁结构风致振动理论风灾是自然灾害中发生最频繁的一种,桥梁的风害事故屡见不鲜。
风与结构的相互作用是一个十分复杂的现象,它受风的自然特性、结构的外型、结构的动力特性以及风与结构的相互作用等多方面因素的制约.当风绕过一般为非流线型作用截面的桥梁结构时,会产生旋涡和流动的分离,形成复杂的空气作用力.当桥梁结构的刚度较大时,结构保持静止不动,这种空气力的作用只相当于静力作用.当桥梁结构的刚度较小时,结构振动受到激发,这时空气力的作用不仅具有静力作用,而且具有动力作用。
2.1风的静力作用静力作用指风速中由平均风速部分施加在结构上的静压产生的效应,可分为顺风向风力、横风向风力和风扭转力矩.在顺风平均风的作用下,结构上的风压值不随时间发生变化,作用与桥梁上的风力可能来自任一方向,其中横桥向水平风力最为危险,是主要的计算对象。
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特殊的桥梁结构,在施工期间和成桥阶段需要进行一系列的抗风措施研究,以确保桥梁的安全和稳定。
本文将对大跨径悬索桥施工及成桥阶段的抗风措施进行研究,并提出相关建议。
1. 风场评估:在进行大跨径悬索桥施工前,需要对施工区域的风场进行评估。
通过风速和风向的实时监测,可以选择适合施工的时间和条件,减少风对施工的影响。
2. 悬索索塔设计:悬索桥的悬索索塔是承受悬索和桥面荷载的主要结构,需要进行合理的设计。
在考虑风荷载的情况下,悬索索塔的设计需要考虑风的影响,采取加固措施,确保其稳定性和安全性。
3. 施工设备固定:在施工过程中,需要使用吊车、起重机等大型设备进行吊装作业。
在风大的情况下,这些设备容易受到风的影响,影响施工的进行。
在施工前需要对这些设备进行固定,防止风对其的影响。
4. 施工进度安排:在制定施工计划时,需要考虑风的影响因素,合理安排施工进度。
在风速较大的情况下,可以暂停高空作业,待风速减小后再进行施工。
5. 安全防护设施:为了保障施工人员的安全,在施工现场需要设置安全防护设施。
对于高空作业人员,需要配备安全带等装备,防止风对其的影响。
1. 成桥阶段的抗风措施比施工阶段更为重要,因为大跨径悬索桥的结构稳定性和安全性对成桥环境的要求更高。
2. 成桥过程中需要采取的抗风措施包括:(1) 钢缆索塔固定:成桥过程中,悬索索塔的固定非常重要。
特别是在吊装悬索的过程中,需要对钢缆索塔进行加固,以抵抗风荷载对其的影响。
(2) 桥面荷载均衡:在成桥过程中,需要平衡桥面的荷载,以减小风对桥面的影响。
对桥面荷载进行调整和均衡,可以有效减小风的影响。
(3) 连接件固定:在成桥过程中,需要对各个连接件进行固定,防止其在风大的情况下产生位移或变形,影响整个桥梁的稳定性。
3. 成桥阶段的抗风措施需要经过详细的工程计算和实验验证,确保其有效性和可靠性。
在成桥过程中,需要对整个桥梁结构进行综合考虑和分析,针对风的影响因素进行相应的抗风措施设计。
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近年来,随着我国经济的快速发展,大跨径悬索桥的建设逐渐增多,同时也增加了悬索桥建设中所面临的风险。
风是悬索桥施工及成桥阶段的主要风险因素之一,会对悬索桥的结构安全和施工进度产生极大影响。
因此,在大跨径悬索桥的施工及成桥阶段,必须采取相应措施预防和应对风险,确保悬索桥建设的顺利进行。
1、预测和监测风速在施工现场设置气象站,对风速进行实时监测,并根据气象预报来预测风力,确保在风力达到一定等级时采取相应措施,以保障施工安全。
2、加强钢丝绳固定钢丝绳是悬索桥的主要承载组件,其固定紧固牢固与否直接关系到悬索桥的结构安全。
在施工阶段,应加强钢丝绳的固定,采用双向拉力固定方式,避免钢丝绳因风力而松脱,从而保证悬索桥的结构稳定性。
3、加强施工安全监管钢丝绳的预应力施工是悬索桥施工的关键步骤,在预应力施工过程中,应加强安全措施,对钢丝绳的工作状态进行实时监测,确保钢丝绳的预应力施工过程安全可控。
4、钢缆拦挡绳的设置在施工现场设置一定数量的钢缆拦挡绳,以防止悬索索的“翻飞”现象,这样可以减轻大跨径悬索桥施工中的风险,避免步步惊心的情况。
5、加强插车操作插车作业是悬索桥施工过程中比较危险的环节之一,因此,在插车作业中,应加强对风力的监测和预测,并根据风力等级对施工人员进行安全教育,以降低插车作业风险。
同时,还应有专门的人员对插车进程进行监管,确保插车操作的安全进行。
针对大跨径悬索桥成桥阶段风险较高的情况,应加强气象预报和监测,对风速进行实时监测,确保在风力达到一定等级时采取相应措施,以避免悬索桥受到损坏和影响成桥时间。
3、加强悬索索的防折断措施在成桥阶段,悬索索会处于临界状态,非常易于发生断裂现象,因此必须采取防折断措施。
在成桥阶段,可采用加装悬索索挡板的方式进行防折断,避免风力将悬索索挡板吹动而影响成桥时间和安全性。
4、定期巡查和维修在大跨径悬索桥的成桥阶段,仍然需要进行定期巡查和维修工作,发现问题及时处理,以确保悬索桥长期稳定性和安全性。
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大跨径悬索桥风致振动及抗风措施
发表时间:2019-05-24T16:41:04.140Z 来源:《建筑细部》2018年第22期作者:陆明龙
[导读] 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。
重庆交通大学土木工程学院重庆 400074
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。
桥梁在风通过时,会与风产生作用,形成摩擦力和推力。
当风以不变的物理量作用在桥梁时,产生的力为静力,可按结构力学方法进行计算。
但是自然界风的作用由于具有不规则性,对悬索桥作用的大小和方向是随机的。
悬索桥结构构件与风的作用大小和方向有所不同,会产生不同形式的风致振动。
下面主要介绍悬索桥结构产生的常见风致振动形式。
2.1 加劲梁的颤振
当风通过非流线型断面的加劲梁时,气流会产生涡旋和分离,此时风不仅具有静力作用,更值得注意的是其对桥梁结构的动力作用。
对于大跨度悬索桥这种刚度相对较小的桥型,风的作用激发了加劲梁结构产生振动,加劲梁的振动发过来影响气流的流场,改变气流的大小和方向,此时风的流动和加劲梁振动想互影响。
空气力受加劲梁振动的影响较大时,形成一种自激力。
加劲梁的振动系统阻尼在受不断的气流反馈作用而变为负值时,不断吸收能量导致振幅逐步增大的空气失稳现象现象称为加劲梁的颤振。
2.2 加劲梁的涡振
气流绕过非流线型的断面的加劲梁时,会发生流动分离,气流分离形成的自由剪切层在流动中卷起形成有规律的漩涡而又脱落,产生交替变化的涡激力。
这种由于气流分离形成的漩涡脱落具有周期性,在一定条件下使悬索桥产生的共振现象称为涡激共振。
涡激共振虽然不会引起整个结构的发散性振动,对结构产生毁灭性破坏,但其共振的风速一般较低,出现的频率较高,会出现较大的振幅,引起行车舒适度和结构疲劳问题。
2.3 吊索的风振
悬索桥的吊索和其他非流线型断面一样,会发生涡激振动、尾流颤振和尾流驰振。
吊索断面在风速较低时,就会产生旋涡并有规律脱落,引发涡激振动。
由于吊索相对整个结构来说较小,产生的涡激振动对桥梁不足以产生很大的结构安全和舒适度。
当悬索桥上下游的吊索间距大于一定的距离时,会产生尾流颤振,当吊索间距小于一定距离时,会产生尾流驰振。
故上下游吊索间距应该通过风洞试验探究出最佳间距,避免尾流颤振和尾流驰振的发生。
3 大跨度悬索桥抗风措施
我国悬索桥在过去三十年里得到快速的发展,同时也对桥梁的抗风进行了系统的研究。
大跨度悬索桥刚度相对较小,必须根据桥梁址的风速和风力考虑风致振动的问题进行抗风设计和采取抗风措施。
大跨度悬索桥的抗风能力可通过结构措施、气动措施和机械措施来提高。
3.1 结构措施
为了提高大跨度悬索桥的抗扭刚度和抗风稳定性,通过改善结构体系的方式来达到抗风的目的。
提高抗风稳定性主要有交叉吊索系统、空间缆索系统和斜拉—悬吊体系。
交叉吊索系统是通过拉索将加劲梁与主缆横向连接起来,抑制风荷载作用下横桥的横向位移或侧弯,从而提高悬索桥的抗扭刚度。
空间缆索结构是通过将主缆和加劲梁用缆索连接起来形成类似于三角形的空间网索体系,利用了三角形的稳定性,提高了结构整体的刚度和稳定性。
斜拉—悬吊体系是指在一座桥中同时应用了斜拉桥和悬索桥这两种桥型,将它们形成一个共同受力的整体,发挥各自的优点,改善其抗风能力。
3.2 气动措施
3.2.1 设置边缘风嘴
在加劲梁梁端设置风嘴可以改善气流的流动状态,避免结构发生涡振和颤振,使气流流动平顺。
合理的边缘风嘴能提高悬索桥加劲梁的抗风能力和结构的稳定性。
研究表明,设置风嘴后,桥梁结构与风力的想互反馈作用减弱,降低了结构共振的概率,提高结构的扭转刚
度和抗风稳定性。
在现代建设的悬索桥中,对于抗风要求高的悬索桥基本采用流线型边缘风嘴措施来提高其抗风性能。
我国香港青马大桥、虎门大桥、西堠门大桥等悬索桥均采用了该种措施。
3.2.2 设置中央稳定板
在主梁断面中央增设垂直于桥面的稳定板,可以提高主梁颤振临界风速,有效改善其稳定性能。
实验研究表明,在一定范围内,随着中央稳定板高度的增长,抗风能力有所提高,但高度超过一定值时其抗风能力反而降低。
中央稳定板的设置能增大竖向自由度在颤振过程中的参与程度,有利于改善结构的气动稳定性能。
3.2.3 分离式箱梁断面
分离式箱梁断面是在中央开槽的思想中得出来的一种改善桥梁结构抗风性能的措施。
悬索桥随着跨径的增大,刚度变小,风致振动的效应越明显,使得悬索桥的跨径无法逾越2000米。
为了提高钢箱梁断面的抗风能力,目前世界上普遍采用分离式箱梁断面的措施。
国内外学者研究发现,将一个整体式箱梁断面进行开槽时,可以改善结构的颤振稳定性能。
但分离式箱梁使得气流通过结构时绕流状态变得更加复杂,开槽宽度将会影响到抗风效果。
我国舟山西堠门大桥、汕头海湾大桥应用了该措施。
3.3 机械措施
机械措施是指在加劲梁上设置一些附属设施来增大结构的阻尼,减小风荷载对桥梁的结构作用而引起的振动。
机械措施主要是安装阻尼器,阻尼器类型有TMD被动阻尼器、主动阻尼器和半主动阻尼器。
机械措施成本低,施工简单,但措施的效果依赖于设备的完整性,但出现机械故障且不及时更换时,造成的后果极其严重。
4 结语
理论和实践表明,悬索桥具有突出的优点,是目前跨越能力最强的桥型。
但悬索桥对风的动力作用敏感,会出现风致振动的现象。
因此,大跨径悬索桥建设下一阶段,应加强对桥梁的抗风设计研究,采取有效的抗风措施,实现更大跨度的建设。
5 参考文献:
[1]张新军,应磊东.大跨径悬索桥抗风措施研究综述[J].公路,2006(11):73-80.
[2]葛耀君.大跨度悬索桥抗风[M].北京:人民交通出版社,2011
[3]刘志英.大跨径悬索桥的风响应及抗风措施[J].广东公路交通,1998(04):32-37.。