斜拉索风雨振动研究的现状与对策.doc

斜拉索风雨振动的研究现状与对策 李明水1，何向东1，赵敏2 （西南交通大学桥梁工程系，四川 成都 610031） 摘 要：本文简述斜拉索风雨振动的历史、危害、致振机理与制振措施的研究途径及其应用现状，介绍了风雨振动机理研究的2DOF模型，并报道国内必威体育精装版的研究进展。 关键词：斜拉索；风雨振动；气动措施；结构措施 中图文类号：U448.25 文献标识码：A Present Situation of Research on Rain Wind Induced Vibration of Stay cable and its Mitigations LI Ming-shui1, HE Xiang-dong (Department of Bridge Engineering, Southwest Jiaotong University, Sichuan Chengdu 610031) Abstract: The history, harm, mechanism of rain wind induced vibration of stay cables, the corresponding countermeasures and its present situation of applications were summarized at first, then a 2DOF analytical model for mechanism research was introduced. The up-to-date research developments in the world were reported at last. Keywords: stay cable; rain wind induced vibration; aerodynamic measure; structural measure 1 概述 斜拉索风雨振动是20世纪80年代才发现的一种新的风致振动现象，指在一定风速范围内，由于风、雨联合作用而引起的、处于一定姿态的斜拉索的大振幅振动，这是目前已知的斜拉索最强烈的振动类型之一。日本名港西大桥、荒津大桥、丹麦法罗桥及我国杨浦大桥、武汉长江二桥、南京二桥、江西湖口大桥、鄂黄长江大桥、洞庭湖大桥等的斜拉索的均出现过强烈的风雨振动。名港西大桥观测到的最大风雨振动振幅达0.55米，洞庭湖大桥的最大振幅也超过0.40米。 目前仅有的、对不同国家几座斜拉桥的风雨振动进行的实测结果尚不尽相同。 Hikami等在早期对日本名港西大桥的实测报道中（1988年）指出：风雨振动仅在有雨条件下、顺风向下倾斜的斜拉索才可能发生。 N.P.Jones等自1997年起对主跨381m的美国德克萨斯州Fred Hartman大桥斜拉索风致振动进行的长期现场实测结果表明：其索的振动属风速限定型，振幅总的说来是随风速的增大而增大，且大部分大振幅的振动发生在顺风向向下倾斜的索上，这与Hikami等的报道相吻合，然而，在其它风向条件下，也有大量的较低振幅的响应，甚至少量的大振幅响应发生。雨量对振幅的影响则表现为：无雨时振幅很小，发振风速也较小，而风向范围较大，相对较大的振幅仍发生在顺风向向下倾斜的斜拉索上；中雨时，振幅较大，发振风速范围很小，风向范围也较窄，且发生在顺风向向下倾斜的斜拉索上，和以往文献描述的一致；大雨时，即使在很低的风速下，较多的索均发生很大的振幅。虽然多数斜拉索风雨振动报道均称其为竖直面内的振动，但对 Hartman桥斜拉索风雨振动的实测结果表明索的振动经常表现为明显的二维振动。随着雨量的增大，振动更为呈现出二维振动的特性。时程功率谱分析表明：小雨时，以竖向振动为主，伴有一定的侧向振动；中雨时，仍以竖向振动为主，也伴有一定的侧向振动，而大雨时，参与的面内面外振型明显增多。因此认为，斜拉索在无雨、小雨及大雨三种不同状态下的风致振动的激励机理也各不相同，应分别加以研究。 1993年，H.P.Ruscheweyh等在德国易北河上的D?mitz桥几乎垂直的吊杆上也观测到了风雨振动，其中26根直径为120～Hikami、Yamaguchi等强调降雨在索的表面产生的上水路使斜拉索横截面具有气动不定性，从而诱发风雨振动，而Matsumoto等则强调斜置圆柱体固有的气动不稳定性的作用。对风雨振动机理的明确认识，尚需大量准确的现场实测结果，但以下几点是目前国内外学者对该现象基本一致的理解，即： 斜拉索雨振易发生于位于平坦地区或跨海的桥梁上； 风雨振动主要是斜拉索的面内振动，但也有面外振动的报道； 风雨振动主要发生于有光滑PE索套的斜拉索，直径为80~200mm（也有文献认为在140~225mm）,相应的雷诺数为