龐凌飛

【摘 要】 在海拔較高的險峻山區(qū)跨越地形或在河網海濱地區(qū)連接兩岸時，常選擇設計和建造大跨徑懸索橋，因其本身柔度大，大跨徑懸索橋的抗風穩(wěn)定性成為要重點注意的問題。本文主要從大跨徑懸索橋施工和成橋兩個階段討論橋梁的抗風性能。

【關鍵詞】 大跨徑懸索橋 施工階段 成橋階段 抗風研究

0 引 言

隨著交通量的增長，在江河沿海及高山峽谷地區(qū)修筑跨越地形的橋梁的需求日益增加。作為大跨徑，施工工期較短的懸索橋成為常見選擇。但因其柔度大，且多修筑于風場條件復雜的山區(qū)或河網地區(qū)，抗風問題成為懸索橋工程實踐中討論的重點。而在施工階段和程橋階段，其本身的動力響應特性也有區(qū)別，本文著眼于此，查閱了現階段已有的相關研究資料，作出討論及總結。

1 施工階段的風振特點及抗風措施

1.1 施工階段風振特點 懸索橋作為一種柔性的大跨度結構，對其抗風性能的考慮一直是工程建設中的重點。而在施工階段，其本身未形成完整的結構，整體穩(wěn)定性能相比成橋階段較低。尤其在主梁架設時，結構剛度及風穩(wěn)定性往往更低。根據現階段已有研究，本節(jié)主要對施工階段主梁假設對懸索橋抗風性能的影響抗風性能作討論，對它們在主梁拼裝階段的風穩(wěn)性進行綜合評價，得出以下結論。

（1）在主梁假設的最初階段，由于組合在吊攬上的梁段少，其本身不足以產生較大的氣動力，纜索系統(tǒng)對其約束效應明顯，因此對整體結構的氣動性影響較小。此時段內，橋梁整體的風穩(wěn)性較好。

（2）當主梁假設率約在整體的百分之十到百分之二十之間時，梁段已經產生了足夠的氣動力，而纜索系統(tǒng)對其約束力較小，梁體自身剛度不足，已假設梁段對整體風穩(wěn)性影響較大，由此造成整體抗風性能較弱。此階段即整個施工過程中顫振風速最低階段。

（3）當主梁拼裝率達到約百分之四十后，整體抗風性趨于穩(wěn)定。但在百分之六十到百分之八十之間時，又有一次較小回落，是由于此時期結構整體抗扭剛度有所減小。此階段后顫振風速趨于平穩(wěn)，結構抗扭剛度與抗風性能逐漸接近成橋狀態(tài)。

1.2 施工階段的抗風措施 在施工階段，主要通過降低顫振和抖振來提高橋梁抗風性能。目前主要的方法有改變主梁架設順序、增設體內索、加裝控制翼板、設置阻尼器等。

（1）改變主梁架設順序。不同的橋型，使用不同的架設順序時，其施工階段的抗風穩(wěn)定性是不同的。

（2）增設體內索。在施工過程中，通過增加水平交叉索和豎向交叉索能提高梁體的抗扭剛度，以起到增加顫振穩(wěn)定性的效果。

（3）加裝控制翼板。其原理是通過在主梁上設置控制翼板，通過控制翼板的氣動力平衡主梁部分的升力矩，起到提高風穩(wěn)性的效果。

（4）設置阻尼器。這是較為常用的一種方法，不論是在施工階段和成橋階段都有使用。通過阻尼器耗散結構受迫振動的能量達到提高抗風性能的目的。

2 成橋階段的風振特點及抗風措施

2.1 成橋階段的風振特點 成橋階段與施工階段相比，橋梁整體結構成形，剛度提高。但由于本身跨度較大，以及成橋通車后附加了車道荷載及車輛荷載，其抗風問題較為突出。本節(jié)主要從橋塔、主梁、纜索系統(tǒng)的風振特點加以討論。

（1）橋塔的風振特點。由于橋塔常采用非圓的鈍體截面形式，在風載作用下，會發(fā)生吸收能量引發(fā)的馳振及旋渦脫落引起的渦振。不論哪一種，對結構都是不利的。

（2）主梁的風振特點。大跨徑懸索橋的主梁一般采用加勁梁形式。其風振分為顫振和抖振兩種。其中顫振是扭轉作用下的負阻尼效應和剛度效應。這種振動發(fā)散后，在流線截面引起彎扭耦合顫振，在非流線引起分流顫振。

（3）纜索系統(tǒng)的風振特點。纜索系統(tǒng)由主纜和吊索兩部分組成，連部分都存在馳振和渦激振動現象。但主纜主要是馳振影響較大，吊索主要是渦激振動影響較大，雨振較小。

2.2 成橋階段的抗風措施 在制定橋梁的抗風措施時，首先要討論不同部分結構的動力響應特點，再具體分析對結構產生主要影響的振動類型，以及引起這些振動的原因。結合這些因素，制定相應的抗風措施。

（1）橋塔的抗風措施。橋塔發(fā)生馳振和顫振往往與橋塔的高度、截面形式及使用材料有關，通過改變上述影響因素可有效改變橋塔的空氣動力響應特性，起到抗風的效果。

（2）主梁的抗風措施。目前一般的方法有穩(wěn)定板法、中央開槽法、箱梁分離法、增設風嘴等。 穩(wěn)定板法就是設置中央穩(wěn)定板或水平穩(wěn)定板，通過導流來提高梁體穩(wěn)定性。

（3）主纜主要面臨馳振的影響，現階段主纜的抗風措施以設置機械阻尼器為主，如 TMD、TLD。

3 結 論

在大跨徑懸索橋的施工和成橋階段，橋梁抗風是不可忽略的問題。 一是由于地形的限制，懸索橋所在的橋位附近一般風場條件復雜，從風荷載的等級來說，常常遇到強對流的大風天氣。 另一方面是由于懸索橋本身的結構柔度大，特別是受風作用下結構受迫振動振動明顯。進一步來說，在懸索橋施工和成橋階段，其本身的抗風性能也有區(qū)別。 特別是在施工階段的主梁拼裝階段，結構體系未形成，抗風性能總體較差。因此更需要采用較精確的非線性模型模擬分析，制定相應抗風措施，確保施工合理安全。

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