大跨度单索面悬索桥涡激振动特性风洞试验的研究.pdfVIP

第十四届全国结构风工程学术会议论文集 大跨度单索面悬索桥涡激振动特性风洞试验研究 马存明 廖海黎 李明水 孙延国 (西南交通大学风工程试验研究中心，成都610031) 摘要本文以一大跨度单索面悬索桥为研究对象，通过节段模型风洞试验，研究了该桥的涡激振动特性，并研 究了检修轨道、栏杆、人行道板对该桥涡激振动的影响，得到了满足使用要求的断面形式，到达了优化气动外形的 目的。研究成果可以为其它类似桥梁的抗风设计提供参考． 关键词单索面悬索桥，涡激振动、风洞试验 1 引言 现代大跨度桥梁借助风洞试验，通过气动外形优化和增加桥梁的抗扭刚度，颤振失稳基本可以 避免。但在低风速下很容易发生涡激振动。尽管涡激振动不象颤振、弛振一样是发散的，但由于是 起振风速低、频度大，长时间的持续振动会导致结构局部发生疲劳，过大的振幅(涡激共振)也足 以影响行车安全，因而在施工或者成桥阶段避免涡激振动(共振)或限制其振幅在可接受的范围之 内具有十分重要的意义【l】o 日本东京湾道桥12,31、巴西Rio．Niter6i桥【41、丹麦GreatBelt East桥【5】、英国Kossock斜拉桥【2】 等均出现了明显的主梁涡激共振，特别是巴西Rio-Niter6i桥运营阶段频繁出现一阶竖向大振幅涡激 振动，影响了其正常使用。 拟建的广西柳州市双拥大桥主梁桥孔跨布置为40+430+40=520m，为一单主缆单索面悬索桥， 由于该桥主梁和桥塔都是采用的钢箱梁，整个结构阻尼较小，原设计截面边缘有45cm高的人行道 板，使得整个桥梁断面较钝，可能出现较大的涡激振动现象。为了避免建成后引起较大的涡激振动 响应，在西南交通大学风工程试验研究中心做了一系列的气动外形优化和风洞实验研究。本文重点 介绍节段模型风洞试验的主要内容，基于全桥气动弹性模型的涡激振动研究将在其他论文中另外介 绍。 ／／ 羁 ——一一一．………一……一j8000————————…～…一500 o 口可口vvuuouuuuuVuuVVV VVo。”lt}ooJouuuJovu口“口“：。口。口叼’口口t． ，hTT，‘ ≮～l： ，≯覆 蕊 ‘川、 |∥ 图1双拥大桥主桥总体布置图 591 第十四届全国结构风工程学术会议论文集 2 试验系统 2．1结构动力特性 结构动力特性是进行节段模型动力试验系统需要模拟的参数，表l给出了该桥的重要振型的频 率和节段模型的模拟情况。在本研究中，节段模型的几何缩尺比为l：50，模型长度为2095mm。 表I双拥大桥结构动力特性及节段模型的模拟情况 2。2系统阻尼 阻尼是影响涡激振动振幅大小的主要因素，模型系统必须准确模拟原桥的阻尼。由于实际结构 阻尼比的离散性比较大，也缺乏大量的现场实测，因此钢结构的阻尼比一般假定是O．5％。研究发现， 本桥的竖向涡激振动明显，为了考察竖向涡激振动特性，本研究设计了一大一小两个阻尼系统：小 阻尼系统I和大阻尼系统II。阻尼系统I低于《公路桥梁抗风设计规范》假定的阻尼比，由于阻尼小， 涡激振动明显，用来考察各种优化措施对涡激振动的影响；阻尼系统II和《公路桥梁抗风设计规范》 假定的阻尼比相当，用来评价实际结构的涡激振动特性。由于阻尼比和振幅关系密切，图2给出了 两种系统阻尼比随振幅的变化曲线和扭转运动自由运动的衰减曲线。 g-- 芑 V 摆 羞 蜱 哩 辑 盘 竖向阻尼系统 扭转自由衰减曲线