钢桁架梁悬索桥抖振响应影响因素分析

本 文 以新 疆 富 蕴 县 赛 吾 迭 格 尔 大 桥 为 工 程 背
景， 该桥是一个主梁为桁架体系的人行悬索桥。在 风 洞 试 验 时得 到 的气 动 力 系数 表 征 的 是 断 面 的气 动 特 征 ， 非 桁 架 杆 件 的 气 动 特 征 ， 以直 接 采 用 而 难 桁 架 体 系 主 梁 的 有 限 元 模 型 进 行 静 风 及 风 振 分 析 。 因此 本 文 研 究 用 动 方法 ， 分析结构 的几何非线性 、 有 效 风 攻 角 、气 动 自激 力 等 对 此 类 桥 梁 抖 振 的影 响 程度 ， 为设计提供参考 。
响程度 最大 ， 静风 和有 效风攻 角的影 响程度 其次 ， 大变形 的影响最小 。 关键 词 ： 悬索桥 ； 桁架 ； 抖振 ； 等代 梁
中图分 类号 ： ４ ８２ Ｕ４． ５
文献 标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ９ ７ １ （ ０ ２ ０ — １３ ０ １０ — ７６ ２ １ ）８ ０ ６ — ４
收 稿 日期 ：０ ２ ０ — ９ ２ １—２２ 作者简介 ： 李曙光 （９ ２ ， ， １７ 一） 男 吉林 榆树 人 ， 副教授 ， 从事 公
计 了专 门增设 了抗风措 施【 加单 联 中央扣 、 ｓ 】 ： 降主 缆高 、 并采用 ４ 。抗风缆。 ５ 抗风缆和悬索桥主桁下 弦 的节 点 用 拉 杆 相 连 ，抗 风 缆 的 两 端 锚 固在 主塔 两 侧 的 山坡 上 ； 风 缆 中导 人 的张 力 为 ３００ｋ 抗 ０ Ｎ， 矢 跨 比为 １ ４ ／ 。增 设 了抗 风措 施 以后 ， 决 了 窄索 ２ 解 桥 的静 风 稳 定 性 问题 ，经 二 维 阶 段 模 型 的风 动 实 验论证 ， 颤振稳定性亦满足要求【 其 。虽 然 气 动稳 定性 已经得 到了控制 ，但紊 流风引起的桥梁抖振 可 能 会 引 起 桥 梁 钢 构 件 的疲 劳破 坏 及 行 人 舒 适 性 等 问题 。因此 ， 此类 桥 型 的抖 振 不应 该 被 桥 梁工 程 技 术人 员 忽 视 。 本 文 用 通 用 软 件 完 成 非 线 性 抖 振 分 析 。桁 架 加 劲 梁 悬 索 桥 计 算 模 型 复 杂 ，采 用 全 杆 件 模 拟 虽 然精度高 ， 但在风荷载计算方面会带来一些 问题 。 结 构 的 静 力 三 分 力 系 数 等 风 洞 试 验 测 量 数 据 均 是 针对一段梁段 的综合结果 ，而并非桁架 中各杆件 的结果 ，致使在采用试验所得数据进行 后续计算 时加载点以及数值不 明确 ，因此采用一 种单梁来 模拟桁架加劲梁 ， 使它们具有相似 的动力特性 。步 骤 如 下 ： 先 建 立 了桁 架 主 梁 的 全 桥模 型 ， 其 进 首 对 行 均 布荷 载 下 的 静 力 分 析 和 动 力 特 性 计 算 ；然 后 根据静力 等效 原则确定 等代梁 的截 面特性 ， 过 通
动干扰 的复杂 性 ， 风洞试验 时得 到的气动 力系数表 征 的是 断面 的气动特 征 ， 在 而非 杆件 的气动 特征 。因此 ， 风振 的分析 需要 建立 静力 刚度 和动 力特性 与桁架 梁等效 的单梁有 限元模 型。 通过 调整等代 梁 的刚度和集 中质量 可以实 现等效 。 分析结果 表明 ： 在设 计 基准 风速下 ， 大变形 和 自激力 对抖振 起抑制 作用 ， 效风攻 角使得抖 振 响应 变大 ， 有 且静 风对风攻 角 的改变起 主要 作用 。 自激力 影
２１年 ８ ０２ 月第 ８ 期
城 市道 桥 与 防 洪
桥梁结构 １３ ６
钢 桁架 梁悬 索桥 抖振 响应 影 响因素分析
李 曙 光
（ 西 交通 职业 技术 学 院 ， 西西 安 ７０ １ ） 陕 陕 １０ ８
摘
要： 用等效 的单 主梁模 型分析钢 桁架悬索 桥 的抖 振 ， 析各种 因素对钢 桁架悬 索桥抖振 响应 的影响 。 分 由于桁架 桥构件 之间气
０ 引 言
自塔 科 马 桥 风 毁 事 故 发 生 以后 ，大 跨 桥 梁 的 气 动 稳 定 性 问题 受 到桥 梁 工 程 师 和 空 气 动 力 学 专 家 们 的关 注 ， 得 了诸 多重 要 的 进 展【 。随 着 交 通 取 ｌ
１ 工 程 背 景 和 有 限 元 模 型
赛 吾 迭 格 尔 桥 位 于新 疆 富 蕴 县 以西 ５ ｍ 处 ７ｋ 的低 山丘 陵 地 带 ， 越 额 尔 齐斯 河 ， 于连 接 额 尔 跨 用 齐斯 河与 喀拉额 尔齐斯 河之 间的平原 荒漠草原 ， 是 喀 拉 塑 克 水 利 枢 纽 工程 的 补 偿 配 套 工 程 。该 桥 地 处 我 国 的 强 风 区一 新 疆 北 部 ， 结 构 轻 柔 ， 而 且 从 对 抗 风设 计 提 出 了较 高 的要 求 。 人 行 桥 的 宽度 较 小 ， 转 刚 度 小 ， 气 动特 征 扭 其 值 得 关 注 。 由 于 原设 计 方 案 的 静 风 稳 定 性 不 满 足 要 求 ， 长 安 大 学 风 洞 实 验 室 的建 议 下 ， 计 方 设 在 设
的发展 ，国内兴建 了很 多大跨 度缆索支撑体 系桥 梁 ， 带 来 交 通 便 捷 的 同 时 ， 带 来 了风 振 引起 的 在 也 桥 梁 安 全 和疲 劳 的 问题 ，因 此 桥 梁 风 振 问题 在 国 内受 到越 来 越 多 的重 视 。 因 为 微 机 性 能 的不 断 提 高， 风振 的时域仿真的方法越来越受到重视 。项海 帆［ 出 ： 要 合 理 地 将 静 风 荷 载 、 振 力 和 自激 ４ １ 指 只 抖 力 考 虑 在 内 ，就 可 以再 现 结 构 从 稳 定 的 随机 振 动 过 渡 到 发 散 的周 期 振 动 这一 过 程 。李 永 乐 （０ ５ 【 ２０ ）】 ｓ 验 证 了抖 振 时域 分 析 的结 果 和 频 域 分 析 的具 有 较 好 的一 致性 。张 志 田等 【 ２０ ） 细分 析 了桥 梁抖 ６ ０６详 １ （ 振 中 的相 对 风 攻 角 ，认 为还 应 考 虑 结 构 振 动 引起 的瞬 时 风 攻 角 的变 化 ，并 由此 建 立 了不 同 的气 动 力 模 型 。文 水 兵 等 【 究 认 为 除 了来 流 紊 流 外 ， 研 绕 流 的涡旋 引起 的特征紊 流对作用 在桥梁上 的抖振 力也有影响。