洞庭湖大桥风雨振现场观测实验的研究.pdfVIP

第十一届全国结构风工程学术会议论文集 洞庭湖大桥风雨振现场观测实验研究 柳成荫1陈政清1倪一清2‘王修勇2伏晓宁3 (1-中南大学，土木建筑学院，长沙410075；2．香港理工大学土木与结构工程系香港； 3．岳阳洞庭湖大桥管理局) 摘要斜拉索的各类风致振动中，风雨激振是危害最大、研究难度也最大的一种．目前关于风雨振的研究多集 中于风洞实验室内的模拟实验，至今尚未能建立起有效的分析模型为设计和减振提供指导，而风雨振现场实测数据 则鲜有分析报导．本文详细介绍了洞庭湖大桥斜拉索风雨振现场观测的实验成果，在数据处理的基础上，对风雨振 的主要影响因素与拉索振动之间的关系进行了初步分析，并与国外报导以及公认结论进行了比较，得到了一些新的 结论．最后，本文就风雨振的研究提出了一些建议． 关键词风雨振，斜拉索，现场实验，洞庭湖大桥 1．前言 斜拉桥由于其独特的艺术造型和工程特点而深受人们的喜爱。作为斜拉桥的重要组成部分，，斜 拉索传递了斜拉桥桥跨结构的几乎全部荷载，斜拉索的振动问题日益引起桥梁设计者和管理方的严 重关注。在拉索的各类振动中，风雨激振是危害最为严重的一种。所谓风雨激振是指在风和雨共同 作用的气候条件下，斜拉索发生的大幅振动。风雨激振对拉索和锚具的疲劳，桥面振动的激励，以 及桥梁使用安全都有严重的影响，而它的发生又同时涉及固，液，气三态物质的耦合运动，冈而拉 索风雨振问题已成为当前桥梁风工程界研究的一个热点和难点。由于风雨激振现象的复杂性，研究 者对其机理的研究多集中于风洞实验室的模拟实验，只有为数不多的国外研究者如日本学者 Hikami¨，美国学者J．A．Main2)等进行了现场观测并将所得实验数据予以报导。然而，要正确理解风 雨振的诸多因素的影响，评价各种激振机理的合理性仅仅依靠风洞实验室的模拟实验数据难以给出 确切的结论，必须结合风雨振现场的实验数据来进行分析。 针对这一问题，依据国家自然科学基金项目“斜拉索风雨振现场观测研究”的计划，2003年3 月至5月中南大学和香港理工大学共同组织了洞庭湖大桥斜拉索的风雨激振现象的联合监测研究。 岳阳洞庭湖大桥是我国首座三塔斜拉桥，位于洞庭湖与长江交汇处，风雨共现时间长，每年4月问 均可发生强烈的风雨振，为研究风雨振提供了一个理想的场所31。本次观测研究从2003年3月下旬 准备工作开始至5月上旬结束，历时40多天，以该桥A12，A13号拉索为主要研究对象，完整记录 下2次强烈风雨振的实时数据及一些没有发生风雨振时可供比较参考的数据，为斜拉桥拉索的风雨 振机理探索和减振研究积累了宝贵的第一手资料，也弥补了我国桥梁研究中斜拉索风雨振实测数据 缺乏的状况。 本文详细介绍了实验现场信号采集系统的构成和数据的统计处理方法，在数据处理的基础上， 对目前风雨振公认的主要影响因素一风速、风向、风攻角和雨量等进行了分析，得到了各影响因素 与斜拉索加速度RMS值之间的关系图，并与国外拉索风雨振的研究成果作了比较，发现了一些新的 问题。在目前拉索风雨振的机理不能透彻解释的情况下，为进一步研究提供了科学依据。 1．1洞庭湖大桥简介 洞庭湖大桥是我国首座三塔双索面斜拉桥(见图1)，位于洞庭湖与长江接口处，东西走向，2000 年底竣工，为双向4车道公路桥。主桥跨径布置为(130+310+310+130)m，桥塔为倒Y型，中塔高 477 第十一届全国结构风工程学术会议论文集 实验所选择的4，5月间，湖区气候满足风雨振发生的诸多条件，2003年4月9日和28日，在中等 强度的降雨和5级以上的大风条件下，该桥发生了2次严重的风雨振。通过事先布置好的监测仪器 编k▲瓤骗臆 130m 310n 310n 1∞m 图1洞庭湖大桥主桥示意图 1．2现场实验采集系统简介 现场实验信号采集系统包括： (1) 1个桥面三向超声风速仪 (2)1个桥塔三向超声风速仪 (3)1个桥面雨量计 (4)8个分别布置在A12，A13号索上的加速度传感器 (5)4个分别布置于桥塔和桥面轴向的加速度传感器 (6) 1个安装在A12号索上的位移计 (7)东华公