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鄂黄长江大桥斜拉索风振的分析以及控制 495 鄂黄长江大桥斜拉索风振的分析以及控制 方卫东1 高华强1 程向阳1 卢全均1 顾金钧2 (1．鄂黄长江大桥开发公司黄冈438000； 2．清华和昌减振技术咨询公司 广州 510635) 摘要：斜拉索在风的激励下产生多种类型的振动，经过优化设计、分析，应用粘性剪切阻尼器(HCA减振 器)抑制鄂黄长江大桥斜拉索的多种风致振动。 关键词：斜拉索 阻尼减振器优化设计应用研究 随着国内外近几年来修建的斜拉桥跨度日益增大，拉索也日益长大，密索体系的斜拉桥已经成为倾向， 由此引起的斜拉索风振问题也日益突出。国内外已有运行不到十年的斜拉桥由于断丝过多甚至断索而迫不 得已换索。众所周知：拉索是斜拉桥极其重要的受力构件，桥跨的恒载与活载大部分通过拉索传递到塔柱。 因此不将拉索的风振控制在安全范围内，不仅危及拉索乃至整座桥梁的安全，而且影响其使用寿命，由此造 成的社会效益与经济效益的损失将是巨大的。 l寮}拉索振动的基本原因以及类型 要，所以拉索本身就难以稳定。在不同的外因条件下拉索将发生不同频率和振幅的“索振”，而且发振频度 和振幅随着外因的改变而变化。虽然引起拉索振动的原因很多，但其主要原因是风，即索振基本为风激 振动。 从斜拉索的振动类型来看一般有以下几种。 1．1涡激共振 涡激共振(也称卡门涡激)是斜拉索最为常见的一种低风速下的风致振动，当稳定的层流风吹过拉索时 气流绕过断面分离而产生周期性交替的漩涡脱落，从而形成涡漩尾迹(又称卡门涡街)，由于涡脱频率是和风 速成正比，当其频率与拉索的自振频率一致时，将发生共振，称为涡激共振。 涡脱频率 ，v—S，U／D (1) 式中：u——风速， 胁一拉索横风向尺寸(直径)； s。——strouhal数，对圆形断面的二维柱体，在亚临界区其值为0．2。 涡激共振的发振风速较低，一般在u一2～10m／s风速范围内，因此涡激能量输入有限，不会产生大幅度 的拉索振动(A。。≤o．5D)，但正因为是低风速，所以涡振发振频度很高，容易造成拉索的疲劳损伤。 1．2抖振 由于自然风的阵风脉动和紊流引起拉索横风向和顺风向的窄带随机振动，振幅受风力大小影响，属强迫 振动，但抖振的振幅一般比较小。要注意的是并列索情况下背风侧索因为迎风侧索的尾流紊流而引起的尾 流抖振，其特点是随着不同的风速可以产生不同模态组合的拍频振动。尽管振幅不大，但高阶模态的尾流抖 振也会引起拉索锚固端的疲劳损伤。 1．3参数振动 当桥面和塔受到活载、风荷载而引起振动时会使得两端与之相连的拉索，以同样的频率随之纵向振动， 496 第三届垒国公路科技创新高层论坛论文集(下册) 当拉索横向自振频率，c正好等于，b／2或，f／2时(其中，b为桥面竖向弯曲自振频率，而，r为桥面扭转自 振频率)，拉索就会产生横向振动，即共振作用使结构的振动在索中放大，但一般振幅较小。 拉索参数共振的等效负阻尼为 (2) a一一三2fk丛f011 式中：Fo——拉索初始张力’ △F。，——拉索张力增量的峰值。 然而，由于实际上△F。；比F0小得多(除非大跨度钢箱粱斜拉桥)且受频率匹配的发振条件制约在实际 桥梁中发生拉索参数共振的情况较少。 1．4驰振与尾流驰振 弛振是当索的截面形状发生圆形异化(如六边形索，或积雪)时会产生横风向的大幅度自激振动，当拉索 是并列索或多股并列索时，由于迎风面索的紊流尾流区内存在一个不稳定驰振区，如果背风面索正好处在这 不稳定区内，就会导致背风面索发生椭圆形轨迹的振幅不断加大的低频振动，直至形成一个稳态的极限环， 称作尾流驰振。发振风向大致与桥轴线的垂直线的水平夹角(D为±10。，发振风速视索长和索力而定，一般 为