胡 航，呂 龍

(西南交通大學，四川成都610031)

在懸索橋抗風設計中，動力穩(wěn)定性問題(主要是顫振)是一個重要的問題。隨著橋梁跨徑的不斷增長，顫振穩(wěn)定性再次成為設計和建造大跨度纜索承重體系的橋梁中一個必須認真考慮的問題。而顫振臨界風速則是衡量橋梁顫振穩(wěn)定性的重要指標［1］。

該橋是目前西部地區(qū)在建的纜索式公路橋，全長為830m，其中主跨538m。主梁采用鋼桁梁結構，其中高度4.5m，寬度28m。所以對于這種長而柔的橋跨結構，設計要求對它的抗風性能進行可靠分析［3］。

1 結構動力特性分析

1.1 結構計算模型

運用大型通用有限元程序ANSYS 建立該懸索橋動力分析模型，主梁模型采用最為常用的單梁式模型，主梁、橋塔及樁基礎單元選用空間梁單元BEAM44，主梁與橋塔下橫梁之間的縱向彈性索及拉索用空間桿單元LINK8來離散。主梁采用鋼桁結構，等效剛度取20 GPa，泊松比0.3;主塔采用C50混凝土和HRB335鋼筋，等效剛度取34.5 GPa，泊松比取0.2;主纜和吊桿等效剛度均取210 GPa，泊松比取0.3。對鋼桁梁懸索橋進行動力分析時主桁、上下平聯(lián)、橫梁、主塔均采用梁單元，橋面系及二期恒載的質量等效折算給主桁上弦和橫梁。成橋狀態(tài)如圖1。

圖1 成橋狀態(tài)

1.2 結構動力特性分析結果

該懸索橋成橋狀態(tài)下，橋梁結構一階振型表現(xiàn)為主梁一階對稱側彎，二階振型表現(xiàn)為主梁縱飄。成橋狀態(tài)動力特性見表1(圖2～圖11)。

表1 成橋狀態(tài)動力特性

圖2 第1階 主梁一階對稱側彎

3 橋梁結構抗風初步分析

3.1 基本參數(shù)

本橋位橋面高度處設計基準風速暫取為34.8m/s。

圖3 第2階 主梁縱飄

圖4 第3階 主梁一階反對稱豎彎

圖5 第4階 主梁一階對稱豎彎

圖6 第5階 主梁二階對稱豎彎

圖7 第6階 主梁一階反對稱側彎

圖8 第7階 主梁二階反對稱豎彎

圖9 第8階 主梁一階對稱扭轉

圖10 第9階 主梁一階反對稱扭轉

圖11 第10階 主纜振動為主

3.1.1 基本風速

根據(jù)《公路橋梁抗風設計規(guī)范》(JPG/T D60－01－2004)［2］中的全國基本風壓圖，本橋所在地區(qū)的基本風壓為400 Pa(標準高度20m，平均時距10min，重現(xiàn)期100年)，并查出相應的基本風速為:V10=25.8m/s。

3.1.2 設計基準風速Vd

由橋面經(jīng)高度修正后，橫橋向設計基準風速:Vd=34.8m/s。

3.1.3 成橋狀態(tài)顫振檢驗風速［Vcr］

參考《公路橋梁抗風設計規(guī)范》(JPG/T D60－01－2004)［2］，橫橋向按D類地表考慮風速脈動影響及水平相關特性的無量綱修正系數(shù)μf=1.38，并取綜合安全系數(shù) K=1.2，得到成橋狀態(tài)下大橋顫振檢驗風速為:

3.2 橋梁結構抗風初步分析

利用ANSYS軟件進行模態(tài)分析，所得結果見表2。

表2 模態(tài)分析結果

各項計算參數(shù)見表3

表3 計算參數(shù)

顫振臨界風速［2］:

4 結論

(1)本橋第一振型是主梁一階對稱側彎，頻率是0.115，屬柔性結構。

(2)前十二階振動頻率均小于0.1，說明該橋柔度較大，自振周期長，固有頻率小。

(3)懸索橋方案成橋狀態(tài)顫振臨界風速Vcr=67.18m/s大于成橋狀態(tài)顫振檢驗風速［Vcr］=57.6m/s，初步估算能滿足要求。

(4)橋梁結構的抗風性能需進一步通過風洞試驗考察，其中全橋風洞試驗模型模態(tài)測試中的一階自振頻率取0.188。式中:0.188為實橋動力特性中主梁一階反對稱豎彎，參見表1為全橋氣動彈性模型的頻率相似系數(shù);n為縮尺比。

［1］ 廖海黎．公路大橋扭轉發(fā)散臨界風速計算［J］．公路，1995(1)

［2］ JPG/TD60－01－2004橋梁抗風設計規(guī)范［S］