焦夢(mèng)瑩 張 浩

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088）

1 橋梁結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動(dòng)

通常將橋梁結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動(dòng)劃分為限幅振動(dòng)和發(fā)散性振動(dòng)；限幅振動(dòng)又包括抖振和渦激振。抖振指的是橋梁在風(fēng)速的影響下被迫振動(dòng)，一旦發(fā)生渦激振的話則會(huì)引起巨大的破壞。尤其大跨度的橋梁建設(shè)中的吊桿、斜拉索、懸索橋在施工階段均容易發(fā)生渦激振。通常由于不對(duì)稱的脫落旋渦形成橫向風(fēng)的渦激力，嚴(yán)重影響橋梁的穩(wěn)定性。同時(shí)氣流中的彈性體自身會(huì)發(fā)生變形或者振動(dòng)，并隨著氣流的變化而變化［1］。風(fēng)振控制措施的實(shí)施需要結(jié)合橋梁的不同部位采取相應(yīng)的方法，利用外部能源的瞬時(shí)力量加強(qiáng)控制，以期改變橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，結(jié)合各項(xiàng)先進(jìn)的控制要點(diǎn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化處理，提升橋梁建設(shè)的穩(wěn)定性。

2 分析橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 做好前期的準(zhǔn)備工作

在橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要充分考量臨界風(fēng)速帶來的風(fēng)顫，需要嚴(yán)格控制抖振的幅度值，深如了解橋梁建設(shè)各階段的抗風(fēng)性能，加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)方案的制定。由于不同區(qū)域風(fēng)力大小存在差異性，相關(guān)風(fēng)振控制設(shè)計(jì)人員需要深入實(shí)地進(jìn)行考察，收集數(shù)據(jù)資料，保證最終的設(shè)計(jì)方案與預(yù)期效果保持一致性，詳細(xì)考察周邊的地形地貌，并形成記錄，進(jìn)行后期的數(shù)據(jù)對(duì)比分析；根據(jù)數(shù)值參數(shù)相應(yīng)的調(diào)整設(shè)計(jì)方案，盡可能提升橋梁風(fēng)振控制設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。

2.2 動(dòng)力特性

設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合橋梁建設(shè)的動(dòng)力特征，構(gòu)建動(dòng)力模型進(jìn)行風(fēng)振分析，并將實(shí)際收集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較，提升模型建立的可行性和檢驗(yàn)結(jié)果的精確性，確保最終將風(fēng)振數(shù)值控制在最小范圍內(nèi)，提升橋梁的抗風(fēng)穩(wěn)定性，更好滿足橋梁的設(shè)計(jì)初衷，提升人們出行需求以及對(duì)橋梁的安全性要求。

設(shè)計(jì)人員需要采用多種風(fēng)力環(huán)境設(shè)計(jì)方法，加強(qiáng)對(duì)風(fēng)荷載力的試驗(yàn)及橋梁的穩(wěn)定性試驗(yàn)，在多種方案中篩選最佳的施工方案［2］。通過建立科學(xué)的動(dòng)力模型獲取正常的設(shè)計(jì)取值，提升最終設(shè)計(jì)的可靠性。

2.3 臨界風(fēng)速

臨界風(fēng)速直接關(guān)系到橋梁風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，且臨界風(fēng)速是橋梁發(fā)生顫振的主要原因，設(shè)計(jì)人員需要嚴(yán)格考量風(fēng)速的大小帶來的風(fēng)險(xiǎn)，最大程度上減弱橋梁的振動(dòng)。根據(jù)紊流風(fēng)分析橋梁的抖動(dòng)現(xiàn)象，并作出正確的預(yù)測(cè)，保障橋梁的穩(wěn)定性。

3 加強(qiáng)橋梁風(fēng)振控制設(shè)計(jì)的有效措施

3.1 結(jié)構(gòu)措施

具體實(shí)施結(jié)果措施時(shí)，要明確把握橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能，控制好橋梁的臨界風(fēng)速和振動(dòng)幅度，可以通過對(duì)懸索橋添加約束裝置的方式增加橋梁的穩(wěn)定性，帶來多振型耦合，增大現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)抗風(fēng)能力。通過提升橋梁剛度加固其牢固性能，不斷提升橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，基于橋面容易發(fā)生顫振現(xiàn)象，加強(qiáng)扭轉(zhuǎn)截面剛度，能夠有效降低橋梁的斷面的震動(dòng)現(xiàn)象。由于現(xiàn)有的阻尼有限，通過提高阻尼的初始結(jié)構(gòu)，減少橋梁的振動(dòng)。

3.2 氣動(dòng)措施

要想有效降低氣流對(duì)橋梁界面的影響，要充分考慮氣動(dòng)外形對(duì)氣流作用力的影響?？剂匡L(fēng)荷載性質(zhì)對(duì)橋梁震動(dòng)的影響，在橋梁的預(yù)定功能不變的情況下，采用改良橋梁外形的方法減小橋梁振動(dòng)。部分學(xué)者研究說明使用空氣動(dòng)力學(xué)難以全面的進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的風(fēng)振分析，需要通過更多的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)進(jìn)行氣流作用力研究，通過增強(qiáng)橋梁的不同截面進(jìn)行振動(dòng)參數(shù)的測(cè)試，將界面中的穩(wěn)定性截面進(jìn)行對(duì)比；截面形狀的裙板和風(fēng)嘴設(shè)計(jì)至關(guān)重要，確保氣流通過該部位時(shí)，減少渦脫現(xiàn)象。為最大限度提升橋梁的穩(wěn)定性，要嚴(yán)格控制橋梁端面的懸臂型，保證懸臂長度和橋梁長度保持一致。為降低風(fēng)速的頻率，可以在橋面位置開槽透風(fēng)，從而保證氣動(dòng)的穩(wěn)定性。通過增加一定數(shù)量的抑流板、導(dǎo)流板，控制氣流動(dòng)態(tài)，最大化減弱橋梁的振動(dòng)現(xiàn)象。

3.3 機(jī)械措施

機(jī)械措施包括主動(dòng)控制措施、半主動(dòng)控制、混合控制。主動(dòng)措施較比氣動(dòng)措施效果更加明顯，能夠有效減弱橋梁的振動(dòng)頻率，利用外部能源進(jìn)行外荷載力控制，降低橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率，實(shí)時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)，在氣動(dòng)模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，提升風(fēng)振控制能力，并將主動(dòng)控制反饋在反饋機(jī)制中，減少其他因素的干擾。半主動(dòng)控制是指通過結(jié)構(gòu)反應(yīng)控制進(jìn)行原理實(shí)施，通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)剛度，降低結(jié)構(gòu)反應(yīng)能力。半主動(dòng)控制器是將機(jī)械式主動(dòng)調(diào)節(jié)器與橋梁剛度相輔相成，通過減少阻尼參數(shù)，主動(dòng)的利用結(jié)構(gòu)振動(dòng)變形和速度加以控制。

混合控制是將主動(dòng)控制與被動(dòng)控制相融合，規(guī)避控制中的缺陷，充分發(fā)揮混合模式的優(yōu)勢(shì)，利用制動(dòng)控制優(yōu)勢(shì)進(jìn)行風(fēng)振控制，利用半主動(dòng)控制方式降低橋梁振動(dòng)中消耗的能量?；陲L(fēng)振工作性質(zhì)的差異性，在具體進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要明確考慮具體風(fēng)振控制措施的實(shí)際運(yùn)用情況，基于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的美感角度考慮，必須通過大量的風(fēng)洞試驗(yàn)選擇風(fēng)控措施。

4 結(jié)語

綜上所述，基于橋梁結(jié)構(gòu)工程建設(shè)中，風(fēng)振控制直接關(guān)系到橋梁設(shè)計(jì)的安全性，通過對(duì)風(fēng)振控制設(shè)計(jì)，探究出結(jié)構(gòu)措施、氣動(dòng)措施、機(jī)械措施能夠有效改善橋梁的風(fēng)振現(xiàn)象，提升橋梁施工建設(shè)的安全性，為相關(guān)橋梁設(shè)計(jì)者提供一定的參考，推動(dòng)我國橋梁建設(shè)工程良性發(fā)展。