惠州下角东江大桥抗风及抗震研究报告(180+101+45独塔斜拉桥).doc

前言 惠州市下角东江大桥是惠州市区二环路的控制工程。下角东江大桥南、北引桥分别与下角南路、三新南路衔接，其中北引桥上挎沿江三路、文昌二路，在文昌与文化一路之间落地，南引桥再下角南路与下角中路的道口处落地。 惠州市下角东江大桥为预应力混凝土独塔斜拉桥，主跨180m，主桥跨径组合为180+101+ 45=326米。主梁由标准段混凝土箱形梁和渐变段混凝土箱形梁组成。主塔采用具有独特抽象鹅形造型的双柱索塔，预应力混凝土空心结构。 为保证设计方案成桥及施工状态的抗风安全，对主桥结构开展抗风性能研究是完全必要的。本报告主要工作是采用数值风洞技术分析设计方案成桥状态的结构动力特性、主梁成桥状态的静三分力系数与气动导数、桥塔阻力系数、成桥状态的静风荷载、颤振临界风速等。计算程序采用美国ANSYS公司授权的ANSYS通用有限元分析软件及风洞实验室自行开发的离散涡方法（DVMFLUID）流场计算程序与专用二维颤振分析程序。具体内容为： 1、桥位处基本风速、设计基准风速、颤振检验风速的确定； 2、采用单梁式的计算模型分析斜拉桥成桥状态结构动力特性； 3、斜拉桥主梁断面在成桥状态气动参数计算流体动力学方法（CFD）计算； 4、采用二种方法估算结构成桥状态的颤振临界风速。 (1) 采用CFD方法计算的颤振导数，由经典颤振理论确定0度攻角下颤振临界风速[1]； (2) 按平板近似公式估算，根据主梁截面的形状按《公路桥梁抗风设计规范》规定选取形状系数和攻角效应系数。 5、主桥结构成桥状态的横桥向风荷载和纵桥向风荷载的计算。 基本风速、设计基准风速和颤振检验风速的确定 当桥梁所在地区缺乏风速观测资料时，可以利用《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T D60-01-2004) [1]中的全国百年一遇基本风速分布图，惠州所在地区的基本风速约为。 对于惠州桥而言，桥位附近地表属于II类场地，考虑最不利水位，桥面离水面约10m，因此桥面高度处的设计基准风速。 计算阵风风荷载时应采用时距较小的阵风风速，阵风风速选取为，对于II类地表取1.38，则阵风风速为52.4m/s。 对于颤振检验风速的选取为： 式中，为考虑风速的脉动影响及水平相关特性的无量纲修正系数，参考文献[2]可以取1.32，为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，取为1.2。则 结构动力特性分析 结构动力特性分析采用美国Ansys空间有限元动力分析程序。主梁采用 “单脊梁式”建立计算模型进行动力特性计算。成桥状态的跨径布置为180+101+ 45=326米，斜拉索数量为27×2对。 根据设计院提供的资料，结构的约束条件为：桥塔和主梁固结，其余桥墩和主梁约束竖向、侧向以及绕桥轴扭转等约束。另外桥塔在承台以上固结。主桥主梁和桥塔截面特性见表1和表2。主桥立面布置图、桥梁布置图以及主梁标准断面和边跨压重断面布置图见图1～4。 表1 主梁截面特性表 断面位置　 Area(m2) Iyy(m4) Izz(m4) Jd(m4) 大边跨端截面 24.1967 12.7635 3372.7750 13.9551 0号块截面 34.1091 16.3696 4553.9050 23.0681 渐变段起始截面 22.1957 12.3807 3095.2170 8.9564 渐变段终端截面 26.5631 20.3216 3369.3910 9.1605 小边跨端截面 28.9631 23.6699 3382.1910 81.5759 表2 桥塔截面特性表 断面位置 Area(m2) Iyy(m4) Izz(m4) Jd(m4) 1(外柱) 22.0000 55.9167 28.0783 67.1516 1(内柱) 26.0000 92.0833 33.4124 87.7975 2(外柱) 11.8173 45.3748 19.2511 47.3522 2(内柱) 18.4040 84.9597 30.3744 78.4777 3(外柱) 19.6730 55.4269 18.1016 49.3514 3(内柱) 26.0000 92.0833 33.4124 87.7950 4(外柱) 19.8001 61.2127 42.2537 76.8925 4(内柱) 18.4040 84.9597 30.3744 78.4718 5() 18.2597 58.3641 12.7749 38.1242 5(内柱) 25.0800 92.0375 32.9798 84.8943 6(外柱) 10.9491 48.4630 9.0930 27.4169 6(内柱) 18.4040 84.9597 30.3744 78.4815 7(外柱) 9.6083 31.6