湖北荆岳长江公路大桥抗风性能试验研究.pdf

第十四届全国结构风工程学术会议论文集 湖北荆岳长江公路大桥抗风性能试验研究 宋锦忠1 丁望星2 丁泉顺1 周志勇1 赵林1 徐建英1 (1．同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海，200092；2湖北省交通规划设计院，武汉，430051) 摘要本文从1：65和1：144缩尺的主梁二元刚体节段模型和三维全桥气动弹性模型风洞试验、结构动力特 性分析、颤振稳定性分析、风荷裁响应分析等方面研究了荆岳长江公路大桥结构成桥状态以及施工状态的抗风性能． 关键词动力特性、节段模型、全桥模型、风载响应、抗风性能 1．引 言 荆岳长江公路大桥是湖北省“六纵五横一环”骨架公路网中随州至岳阳高速公路跨越长江的控 制性工程，桥址位于湖北湖南两省交界处。北岸为湖北省荆州市监利县白螺镇，南岸为湖南省岳阳 市云溪区道仁矾镇。大桥由湖北省交通规划设计院设计。 箱型式。钢、混凝土主梁标准断面宽38．5m。桥塔采用双柱式“H”型外型，承台以上北塔塔高为 265．5 m。 m，南塔塔高为224．5 受湖北省交通规划设计院的委托，同济大学土木工程防灾国家实验室先后完成了荆岳长江公路 大桥初步设计阶段抗风性能专题研究孙、节段模型风洞试验4’和全桥气弹模型风洞试验研究5’课题。 为大桥的抗风设计、施工提供依据。 2．设计风速的确定 2．1基本风速和设计基准风速 根据《公路桥梁抗风设计规范》和《荆岳长江公路大桥初步设计阶段设计风速推算研究》结果 桥面高度处设计基准风速为37m／s。 2．2颤振检验风速 考虑风速的脉动影响及水平相关特性的无量纲修正系数，按桥梁跨度经内插得∥，=1．26；K表 示考虑风洞试验误差及设计、施工中不确定因素的综合安全系数，且取1．2。由此可以计算确定大桥 全桥成桥状态颤振检验风速为56m／s。施工状态的颤振检验风速按10年重现期考虑，为成桥状态的 0．84倍，即47．0 m／s。一 2．4同类桥梁设计风速的比较 表l给出了六座主跨800米以上同类桥梁设计风速的比较，可以看到本桥的设计风速要求低于 其他同类桥梁。 596 第十四届全国结构风工程学术会议论文集 表I六座大桥的设计风速对比 序号 桥名 跨径(m)基本风速(m／S)桥面基准(m／S)颤振检验(m／S) 1 中国苏通 1088 38．9 50．0 72．O 2 香港昂船洲 1018 45．0 52．0 88．O 3 中国鄂东 926 30．1 38．9 58．6 4 日本多多罗 890 37．O 53．0 62．2 5 法国诺曼底 856 35．3 44．O 58．3 6 中国荆岳 816 29．O 37．O 56．O 3．结构动力特性分析 3．1有限元计算模型 采用两索面平行的拉索，半开口双边箱梁主梁断面，由于主梁约束扭转刚度的影响较小，因此 采用“鱼骨式”力学模型。分析时主梁、桥塔和桥墩离散为空间梁单元，斜拉索采用空间杆单元模 拟。结构成桥状态主梁与索塔之间竖向、侧向和扭转自由度约束，其余自由。主梁与辅助墩之间竖 向和扭转自由度约束，其余方向自由。主梁与过渡墩之间竖向、扭转和侧向自由度约束，其余方向 自由。索塔、过渡墩和铺助墩都在承台顶部固定。主梁悬臂施工状态主梁与索塔之间固结，其余相 同。 3．2动力特性计算结果 结构动力特性采用ANSYS有限元分析软件，其中的特征方程求解采用BlockLanczos法，振型 关于质量矩阵归一化。同时计算了主梁的等效质量和等效质量惯矩【71。两个结构状态的竖弯、扭转 基频、扭弯频率比及等效质量、质量惯矩如表2所示。 表2结构基频与对应等效质量、质量惯矩 结构状态