墨 瓣 誊 某悬索桥抗风性能初步分析 胡 航，吕 龙 （西南交通大学，四川成都６１００３１） 【摘要】针对目前西部地区在建的某座缆索式公路桥，运用大型通用有限元程序ＡＮＳＹＳ进行成桥状 态动力特性计算和抗风性能初步分析。分析结果表明，该悬索桥成桥状态颤振临界风速初步估算满足要求， 桥梁结构抗风性能需通过风洞试验进一步考察。 【关键词】 悬索桥；动力特性；抗风性能 【中图分类号】Ｕ４４１ ．３ 在悬索桥抗风设计中，动力稳定性问题（主要是颤振）是 一【文献标识码】Ａ 表１成桥状态动力特性 个重要的问题。随着桥梁跨径的不断增长，颤振稳定性再 模态 １ ２ 振型主要特征 主梁一阶对称侧弯 主梁纵飘 自振频率ｌ厂（Ｈｚ） 自振周期７Ｔ（ｓ） ０．１ｌ５ Ｏ．１３ 次成为设计和建造大跨度缆索承重体系的桥梁中一个必须 认真考虑的问题。而颤振临界风速则是衡量桥梁颤振稳定 性的重要指标…。 ８．６９６ ７．６９２ 该桥是目前西部地区在建的缆索式公路桥，全长为８３０ ｍ，其中主跨５３８ ｍ。主梁采用钢桁梁结构，其中高度４．５ ｍ， 宽度２８ ｍ。所以对于这种长而柔的桥跨结构，设计要求对它 的抗风性能进行可靠分析 。 ３ ４ 主梁一阶反对称竖弯 主梁一阶对称竖弯 ０．１８８ ０．２２９ ５．３ｌ９ ４．３６７ ５ ６ ７ 主梁二阶对称竖弯 主梁一阶反对称侧弯 主梁二阶反对称竖弯 ０．３２６ ０．３８２ ０．３９２ ３．０６７ ２．６ｌ８ ２．５５１ １结构动力特性分析 １．１结构计算模型 ８ ９ １０ 主梁一阶对称扭转 主梁一阶反对称扭转 主缆振动为主 ０．４７７ ０．５２６ ０．５２８ ２．０９６ １．９０１ １．８９４ 运用大型通用有限元程序￣ＮＳＹＳ建立该悬索桥动力分 析模型，主梁模型采用最为常用的单梁式模型，主梁、桥塔及 桩基础单元选用空间梁单元ＢＥＡＭ４４，主梁与桥塔下横梁之 间的纵向弹性索及拉索用空间杆单元ＬＩＮＫ８来离散。主梁 采用钢桁结构，等效刚度取２０ ＧＰａ，泊松比０．３；主塔采用 Ｃ５０混凝土和ＨＲＢ３３５钢筋，等效刚度取３４．５ ＧＰａ，泊松比 取０．２；主缆和吊杆等效刚度均取２１０ ＧＰａ，泊松比取０．３。 扭弯频率比ｓ ＝，８仉＝２．０８３； ＝ ３＝２．７９８ 一一 …一 对钢桁梁悬索桥进行动力分析时主桁、上下平联、横梁、主塔 均采用梁单元，桥面系及二期恒载的质量等效折算给主桁上 弦和横梁。成桥状态如图１。 Ｉ Ｉ 、 图２第１阶主梁一阶对称侧弯 ３桥梁结构抗风初步分析 图ｌ成桥状态 ３．１基本参数 本桥位桥面高度处设计基准风速暂取为３４．８ ｍ／ｓ。 １．２结构动力特性分析结果 该悬索桥成桥状态下，桥梁结构一阶振型表现为主梁一 阶对称侧弯，二阶振型表现为主梁纵飘。成桥状态动力特性 见表１（图２一图１１）。 ～［定稿日期］２０１１—０４—２１ ［作者简介］胡航（１９８７～），男，硕士研究生；吕龙（１９８６ ），男，硕士研究生。 ｌ５０ 四川建筑第３１卷６期２０１ １．１２ ｌ ｌ囊囊０每０ 臀 ｌ ｌ：， 簟’熹 晒 ． 巅 ｆ ＼ 一 Ｅ 辨搿 黜｝ 鬻 ¨＿ 。＼、、 ＝ ＝ 图３第２阶主梁纵飘 图７第６阶主梁一阶反对称侧弯 ｛ ｌ室 — 香 塞 ’、 营 ’、… ’聪 ｝ 嘲骷嚣目 ｝ｆ帖ｊ黼糊帮 ｌｌ ＼ ¨＿榔㈣＃ 槲 ｝２嚣；；蝌 ＝ｌ… 、 图４第３阶主梁一阶反对称竖弯 图８第７阶主梁二阶反对称竖弯 一 瞄皤ｊ螭ｌ！ 嘲 、 ｉ审ｉ 霎 ｒ、 ， 、 Ｓ 糍 ＊撕 ＝ 。 ＼＼ ！毋琳 一ｒ 躺 黼 赫 ｔ．…ｌ～～ 、、、 图５ 第４阶主粱一阶对称竖弯 图９第８阶主梁一阶对称扭转 毫 －／１ ＿， 嘉ｊ 露 。 ¨＿． 疑＊＊ 帮觏罐煳错黼 《 陵 ＝二 懿蛳鬻 张峨臻翅藏蕊曩嚣 黜 ¨¨ 。 、 图６第５阶主梁二阶对称竖弯 图ｌ０第９阶主粱一阶反对称扭转 四川建筑第３１卷６期２０１ １．１２ １５１ 鬻 ：瓣 ≯ 积 ＿ 裰 辫 撩 － 各项计算参数见表３ 表３计算参数 ｝ ｍ ， 哪 扭弯频率比 ２．０８３ ｂ ｒ＝，／７ ／ｍ １４ ６．４９ｌ ＿＿ 桥面半宽 梁体惯性半径 桥面质量与空气密度比 “＝ｍ／ｆ＇ｒｒｐｂ。） ４２．３４４ 幽 益 镒 加劲梁一阶竖弯频率圆频率 平板颤振临界风速 形状折减系数 ｂ：２丌厂ｂ 。 叼ｓ ａ １．４３９ ｒａｄ／ｓ １３９．９７ ｍ／ｓ ０．６ ０．８ ６７．１８ ｍ／ｓ 图１１ 第１Ｏ阶主缆振动为主 攻角效应折减系数 颤振临界风速 ３．１．１基本风速 根据《公路桥梁抗风设计规范》（ＪＰＧ／Ｔ Ｄ６０—０１— ２００４） 中的全国基本风压图，本桥所在地区的基本风压为 ４００ Ｐａ（标准高度２０ ｍ，平均时距１０ ｍｉｎ，重现期１００年），并 查出相应的基本风速为：Ｖ 。：２５．８ ｍ／ｓ。 ３．１．２设计基准风速 颤振临界风速 ： Ｖ 。＝［１＋（ｓ一０．５）］０９ ｂｂ Ｖ ＝ 叼…Ｖ。 （２） （３） ４结论 由桥面经高度修正后，横桥向设计基准风速：Ｖ ＝３４．８ ｍ／ｓ。 ３．１．３成桥状态颤振检验风速［ ］ （１）本桥第一振型是主梁一阶对称侧弯，频率是０．１１５， 属柔性结构。 （２）前十二阶振动频率均小于０．１，说明该桥柔度较大， 自振周期长，固有频率小。 （３）悬索桥方案成桥状态颤振临界风速Ｖ ＝６７．１８ ｍ／ｓ 大于成桥状态颤振检验风速［ ］＝５７．６ ｍ／ｓ，初步估算能 参考《公路桥梁抗风设计规范》（ＪＰＧ／Ｔ Ｄ６０—０１— ２００４） ］，横桥向按Ｄ类地表考虑风速脉动影响及水平相关 特性的无量纲修正系数 ＝１．３８，并取综合安全系数Ｋ＝ １．２，得到成桥状态下大桥颤振检验风速为： 满足要求。 （１） （４）桥梁结构的抗风性能需进一步通过风洞试验考察， ［ ］：Ｋ ｆ×Ｖｄ＝５７．６ｍ／ｓ ３．２桥梁结构抗风初步分析 利用ＡＮＳＹＳ软件进行模态分析，所得结果见表２。 表２模态分析结果． 其中全桥风洞试验模型模态测试中的一阶自振频率取０．１８８ Ｘ 。式中：０．１８８为实桥动力特性中主梁一阶反对称竖 弯，参见表１； 为全桥气动弹性模型的频率相似系数；ｎ为 ０．２２９ ０．４７７ ２．０８３ 加劲梁一阶对称竖弯频率 加劲梁一阶对称扭转频率 正对称扭弯频率比 ，ｂ ｛ ｓ Ｈｚ Ｈｚ 缩尺比。 参考文献 加劲梁一阶反对称竖弯频率 加劲梁一阶反对称扭转频率 反对称扭弯频率比 ｌ ｂ ，。 ａ Ｏ．１８８ ０．５２６ ２．７９８ Ｈｚ Ｈｚ ［１］ 廖海黎．公路大桥扭转发散ｌ临界风速计算［Ｊ］．公路，１９９５（１） ［２］ＪＰＧ／ＴＤ６０—０１—２００４桥梁抗风设计规范［Ｓ］ （上接第１４９页） 承载状况没有明显差别； 社，２００５ （４）本次试验加载是按照正常使用状态的最不利情况进 行确定的，试验数据表明三片梁的承载能力和刚度均能满足 二次使用要求。 参考文献 ［２］牛，陈芳．市政桥梁荷载试验检测分析［Ｊ］．质量，２００８ （２） ［３］ 徐文平．既有预应力混凝土梁桥承载能力实桥试验及分析研 究［Ｄ］．东南大学，２００６ ［４］公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）［Ｓ］ ［５］公路桥梁承载能力检测评定规程（征求意见稿）［ｓ］ ［１］王丽荣，盛可鉴，丁剑霆．桥梁工程［Ｍ］．中国建筑工业出版 １５２ 四川Ｉ建筑第３１卷６期２０１ １．１２
