斜拉桥索的抑振措施研究.pdf

第六届全国现代结构工程学术研讨会 斜拉桥索的抑振措施研究 李毅佳 陈志华 王小盾 (天津理工大学经济与管理学院，天津300191)(天津大学建筑工程学院，天津300072)(3清华大学土木系，北京100084) 摘要： 斜拉桥在风作用下会发生振动，尤其是斜拉桥的斜拉索振动的振幅很大，而且在风和雨共同作用下斜拉索还会发 生振幅惊人的风雨振。因此需要对斜拉桥索的抑振对策进行研究，提出了斜拉索风致振动的几种控制方法，归纳为机械方法 和空气动力学法两种，并具体分析了各种抑振措施的控振机理。最后论述了世界上几座著名桥梁的控振方法。 关键词： 斜拉索风振抑振措施阻尼减振器超不粘水剂 一、概述 斜拉桥具有结构合理和外形美观的特点，近年来随着斜拉桥的大量修建及其跨度的不断增大，斜拉索 的长度也不断加大，由此而引起的斜拉索的风致振动问题也越来越引起桥梁界的关注n1。斜拉索的风致振 动将导致斜拉索根部出现反复挠曲，索中钢丝产生附加的挠曲应力，从而加速钢丝的疲劳。影响拉索的使 用寿命。因此，为了保证斜拉索的使用年限，消除人们心理上的不安，对斜拉索振动应采取必要的措施。 抑制斜拉索的各种振动是斜拉桥建设中一个十分重要的课题。 二、斜拉索风振 在使用拉缆索的桥梁结构中，有可能发生斜拉缆索特有的涡激振动、抖振、尾流驰振和风雨振等振动 现象垤1。斜拉索截面通常为圆形，其阻尼较小，因为结构阻尼对气动力稳定性至关重要，所以斜拉索本身 就属于一种难以稳定的结构。引起拉索振动的主要原因是风，即斜拉索的主要振动是风激振动。现举几个 法国布罗敦桥的斜拉索为圆形截面，在主梁合龙前后在比较低的风速下即发生涡激振动，风向与桥轴交角 为30～45度时的最大全振幅达1m左右；天津永和桥施工期间，在大风时也有发现某些斜拉索上、下剧烈 振动全振幅达1m左右。对斜拉索的风振一般都采取增大拉索的阻尼来减缓振动。如加拿大龙氐溪桥在主 梁外侧加设一个大三角形抗风构件，控制风振；法国布罗敦桥在斜拉索下端设减振器来防止风振，日本六 甲大桥则是在斜拉索间用钢丝连接来减缓风振；天津永和桥是在拉索两端与钢套管间加垫橡胶阻尼块来减 振的。 三、抑振对策 斜拉索振动会给行人带来不安感，严重的还会导致拉索的损坏，甚至影响桥梁的使用寿命。因此对斜 拉索的振动采取相应的减振对策是十分必要的。目前在工程实际中采取的各种减振措施实践证明都取得了 良好的效果。 控制拉索振动的方法主要有机械方法和空气动力学法两种旧。。机械方法是在结构上采取措施主要是通 过采用不锈钢钢丝绳或将拉索互相连接的方法提高斜拉桥拉索的刚度和安装油压减振器的方法增加系统 本身的阻尼。我国目前应用较多的还有安装阻尼橡胶圈减振。但油压阻尼减振器容易产生漏油及渗油现象， 并且对于小振幅的振动不敏感；而长拉索其平面内一阶正对称振动在靠近锚固端处振动幅度变小，使得油 工业建筑2006增刊 第六届全国现代结构工程学术研讨会 压减振器的平面内一阶模态的实际测量值比设计值小得多。在拉索根部装橡胶圈其目的是为了减小根部应 力的二阶效应，目前应用的阻尼橡胶减振圈只对一些短索的抑振有效。近年来出现的粘性剪切阻尼器是一 种新型的机械减振方法，它是利用高分子粘性阻尼材料来增加阻尼，达到减振的效果。空气动力学法是指 根据流体与拉索的相互作用原理，通过改变拉索的外形改变它们的接触状态使拉索周围的流场特性发生变 化，从根本上消除振动。如在拉索表面设置凹凸条、V型或U型槽、压花及在斜拉索的PE护套表面设置双 螺旋线凸缘或者在拉索表面涂超不粘水剂等。具有代表性的例子有日本的多多罗大桥和法国的诺曼底大 桥，并取得了一定的减振效果。 (一)设置锚固装置 斜拉索的振动发生在桥面上数米至十米左右位置，用锚固筋将拉索连接并与桥体固定可以控制振 动的发生(图1)，这种方法对风雨振和尾流驰振都有适用，并取得了相当好的效果。但是其效果与固 定拉索的位置、张力的大小有关，对于长斜拉索，采用这种办法控振有可能出现固定点和桥塔之间的 斜拉索作为新的跨度形成振动的现象，所以这种方法末必是完美的控振措施。 图1设置锚固拉筋控振 (二)