提高超窄桥面加劲梁悬索桥颤振稳定的措施研究

铁 21 0 0年第 1 2期

道

建

筑1 3

Ra l y En i e rn iwa g n e i g

文章编号：0 31 9 (0 0 1 -0 3 0 10 9 5 2 1 ) 2 0 1—4

提高超窄桥面加劲梁悬索桥颤振稳定的措施研究尹建芳(北省第四建筑工程公司，河石家庄 00 1 ) 5 0 1

摘要：以刘家峡大桥为例，究超窄桥面桁式加劲梁悬索桥颤振稳定问题，家峡大桥桥面宽度在国内研刘

同规模桥梁中最窄，主缆重力刚度低，抗风问题较为突出。通过引入换算用钢量经济性指标，用平板套颤振临界风速的简化计算公式，行结构措施理论研究，进并借助风洞试验手段研究提高临界风速的气动措施。研究结果表明，想解决超窄桥面加劲梁悬索桥的抗风稳定问题，若应从结构措施和气动措施两方面研究入手，首先确定合理的结构形式，然后在此基础上进行气动措施研究，这样才能得到合理的抗风方案。

关键词：式加劲梁悬索桥桁

颤振稳定气动措施

风洞试验

中图分类号：4 82文献标识码： U 4 .5 B

l桥梁概况 刘家峡大桥为主跨 5 6I 3 n的单跨桁架式加劲梁悬

抗拉强度为16 0MP。 7 a吊索由 7 3根 4 . m高强镀， 0m 5锌钢丝组成，吊索纵桥向标准间距为 8I。主塔采用 n钢管混凝土门形框架结构，两岸塔高均为 6 . n锚 7 0 i,

索桥，主缆跨度布置为 ( 5 10+5 6+1 5 i,跨比为 3 1 )n垂 11,/ 1总体布置如图 1示。主缆采用预制平行钢丝所束股，两根主缆的中心间距为 1.每根主缆由 4 5 6 m, 4

碇采用三角框架式重力锚。主桁采用型钢桁架，高桁4 0 m,间长 4 0i,片主桁间距与主缆间距相同。 .节 .两 n 桥面系由正交异性钢桥面板、梁、纵 u肋和横隔梁组

束 17根 4 . m高强镀锌钢丝组成，锌钢丝极限 2, 2m 5镀

成，中，面板厚度为 1 m。其桥 6m

图 1桥梁总体布置 (位： )单 i n

刘家峡大桥位于二级公路，建设条件制约，面受桥宽度仅 1 .,国内同规模桥梁中最窄，缆重力 56i在 n主刚度低，风问题较为突出。根据刘家峡大桥风洞

试抗验结果，不采取任何抗风措施的情况下，若颤振临界风速远低于颤振检验风速，风稳定不满足要求。为此，抗

结构措施，然后通过风洞试验手段研究气动措施。

2关于颤振稳定的分析方法近地风是一种紊流风。刘家峡大桥采用桁架式加

劲梁，而并非采用流线型截面形式的加劲梁。紊流风场对于振动着的非流线型截面所产生的非定常空气力无法用解析形式表达出来，只能用风洞试验的途径来

需要采取合理措施解决刘家峡大桥抗风稳定问题。本文从结构措施和气动措施两方面人手，究刘家峡大研桥抗风方案。首先通过套用古典耦合颤振理论来研究

确定。但为了研究影响抗风稳定的主要因素并优化参数，文分析仍套用适用于流线型截面的古典耦合颤本

收稿日期： 0 0 0— 5修回日期：0 0 0 0 2 1 -62; 2 1— 9 1

振检算公式。其研究结果仍然可以在一定程度上反映刘家峡大桥的抗风颤振稳定问题。

作者简介：建芳(91 )男，北石家庄人，尹 17一，河高级工程师。

l 4

铁

道

建

筑

13 9 5年， ho osn首先从理论上研究了薄平板 T edro的空气作用力，势能理论求得了作用于振动平板上用的非定常空气力的解析表达式。 17 9 6年， ad ru V n eP t

从图 3可见，扭转、横弯和竖弯基频均随主缆拉力增加而增加，当主缆拉力增加 1时，弯基频可增加倍竖 2%,弯基频可提高 9 2,转基频可增加 3横 .%扭1. 4 5%。

提出了平板颤振临界风速的简化计算公式=

[ 1+( s一0 5/ rb 0 7I] b ( ) . )￣(/ ) . 2 X 1Vc

综上，提高临界风速，提高扭转基频或降低竖若应弯基频，即需降低垂跨比或提高主缆拉力。随着垂跨比的降低，主缆拉力将随之提高，扭转基频也会提高，但竖

=叩' 7 V

c。

( 2)

式中，为临界风速 (/ )为扭弯频比，=/9,。 m s; o 为抗弯基频， ∞为抗扭基频；为桥面质量与空气 的密度比，=m ( 6) p= . 2 g m,/桥面 / , 0 1 5 k/ /为 7,每延米的质量；/为桥面惯性半径比，/

= rb rb

弯基频也会随着提高，临界风速具有一定折减作用。对 经分析，若采用提高垂跨比、加主缆拉力的方案来提增高临界风速，效果并不明显，而且会引起活载应力比例

√ m/6,为桥面每延米质量惯性矩( gm/,,/ , k m)m为加劲梁半宽 (; 7,/形状系数，=0 7 m) 7 r 为 .,=

提高，竖弯刚度下降，对行车舒适性也有不利影响。3 2改变梁高 .为了研究加劲梁高度对典型自振基频的影响，将梁高由 1m变化到 1主缆垂跨比取 1 1。考虑梁 0m,/1

0 8。 .

从式 ( )以分析出，向弯曲频率对结构颤振 1可竖稳定具有不利影响。扭转基频可以显著提高颤振临界风速，颤振稳定起有利作用。竖弯基频可降低临界对

高变化引起质量、主缆拉力变化影响，主缆应力保持不

变。图 4给出了临界风速提高百分比与梁高变化的关系。随着梁高的增加，缆拉力和加劲梁弦杆轴力均主随之增加，主缆和加劲梁用钢量也必然增加。为了综加=, 2加造价的变化。引入了加权用钢量变量以直 0映桥梁∞接反

风速，颤振稳定起不利作用。为了改善刘家峡大桥对颤振稳定性，需要提高结构的扭转基频或降低竖弯则基频。

合反映桥梁用钢量变化，丑求粗袒和加劲梁的造价比，如∞根据主缆匿昧罂 ∞

3提高颤振稳定的结构性措施研究 3 1优化缆索体系 .主缆对全桥刚度贡献主要反映在主缆线形 (即主缆垂跨比)主缆拉力大小上。为此，和针对以上因素进行研究， 2给出了振动基频随主缆垂跨比变化曲图 线， 3给出了振动基频随主缆拉力变化曲线。图

图 5给出了换算用钢量变化百分比随梁高变化曲线。

一 -…

。 3 5 7 9 0 1, 2 6 8 1/a甍。一

/■ 。

O5 04 一

.

t一 -

芝03 .■O. 1 0 19/ 11/ 0 1 11/ 11 /2

+横弯基频-

■

_

■

I竖弯基频 I -

+扭转基频11 /3

图 4临界风速随梁高变化关系

矢跨比

图 2基频随主缆垂跨比变化曲线

透

}豇一

从图 2可见，转基频随垂跨比的减小而减小；扭横

{(争删器旺一

/’ I I I - I _ | I J

.

弯基频和竖弯基频随垂跨比保持不变。当垂跨比由 1 9变化到 1 1// 3时，扭转基频降低 1。%。 26

1

2

5

6

7

8

9

l。

梁 m

图 5换算用钢量随梁高变化关系

0 。

从图 4和图 5可见，随着梁高的增加，临界风速随之提高，当梁高增加到 7m时，但 颤振临界风速趋于稳定，仅提高约 1%,此时用钢量已增加 3%。由此 5而 0可见，过增加梁高来提高结构颤振稳定性可能会带通图 3基频随主缆拉力变化曲线

来整体造价的大幅度提高，梁高超过 7m后，不应若 则

21第 l 00年 2期

提高超窄桥面加劲梁悬索桥颤振稳定的措施研究

l 5

继续增加梁高。3 3改变梁宽 .

4 0 3 5-

3 0 2 5

为了研究加劲梁梁宽对典型自振基频的影响，梁宽由 1变化到 2 主缆垂跨比取 1 1, 2m 4 m,/ 1考虑梁高变化引起质量、主缆拉力变化影响，缆应力保持不主变。图 6给出了临界风速提高百分比与梁宽变化的关系。随着梁宽的增加，缆拉力、梁受力随之加大，主横丑I皿

棚晷暖

i /: 粱一 m

主桁弦杆轴力均基本不变，然而， …… 此处隐藏：2906字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……