基于風(fēng)洞試驗(yàn)的大跨度鋼桁梁懸索橋顫振性能研究

基于風(fēng)洞試驗(yàn)的大跨度鋼桁梁懸索橋顫振性能研究

王凱， 廖海黎， 李明水

(西南交通大學(xué)風(fēng)工程試驗(yàn)研究中心，成都610031)

摘要：目前研究大跨度橋梁顫振性能的主要手段是節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)，而如何利用試驗(yàn)結(jié)果對(duì)橋梁主梁斷面進(jìn)行優(yōu)化還沒有得到徹底解決。以某大跨度鋼桁梁懸索橋?yàn)楣こ瘫尘?，給出了橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速的計(jì)算方法和結(jié)果。進(jìn)行1∶48比例節(jié)段模型顫振振動(dòng)試驗(yàn)，得出了主梁在各個(gè)攻角下的顫振臨界風(fēng)速。在最不利工況下，試驗(yàn)了下中央穩(wěn)定板、上中央穩(wěn)定板和水平穩(wěn)定板對(duì)主梁顫振性能的影響，最后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在考慮安全、經(jīng)濟(jì)和美觀等因素的條件下，選擇最優(yōu)氣動(dòng)方案，滿足了橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)的要求。最后用1∶100比例全橋氣彈模型試驗(yàn)驗(yàn)證了節(jié)段模型試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。同時(shí)總結(jié)了大跨鋼桁梁懸索橋顫振折算風(fēng)速值一般位于數(shù)值4左右的規(guī)律，為今后類似鋼桁梁懸索橋的顫振性能研究提供了借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：鋼桁梁；懸索橋；節(jié)段模型；顫振；氣動(dòng)優(yōu)化；風(fēng)洞試驗(yàn)

中圖分類號(hào):U441.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)

收稿日期：2014-10-13修改稿收到日期：2015-01-22

基金項(xiàng)目：國家安全重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(613157);國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(50939002);國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51279038，51109042);黑龍江省四項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(E201124)

收稿日期：2013-11-29修改稿收到日期：2014-05-20

Flutter performances of a long-span suspension bridge with steel trusses based on wind tunnel testing

WANGKai,LIAOHai-li,LIMing-shui(Research Center for Wind Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)

Abstract:Section model wind tunnel test is currently the main technique to investigate the flutter performance of long-span bridges. But a further study on applying test results in aerodynamic optimization of the bridges’ main beam is still needed. Here, the calculation methods and results for base wind speed of bridge design were presented with an example of one long-span steel truss girder suspension bridge. The flutter critical wind speeds at different attack angles were obtained through 1:48 proportion section model flutter tests. Under the most unfavorable working condition, tests to investigate the effects of upper central stabilized plate, lower central stabilized plate and horizontal stabilized plate on the flutter performance of the main beam were conducted. According to the test results, the optimal aerodynamic scheme was chosen to meet the requirements of the bridge wind resistance design in consideration of safety, economy and aesthetics. At last, the reliability of the results was verified with a 1:100 proportion full bridge aerodynamic elastic model test. The law that the flutter converted wind speed of long-span steel truss suspension bridges is approximately 4 was concluded as a reference for the investigation of the flutter performance of similar steel truss girder suspension bridges.

Key words:steel truss; suspension bridge; section model; flutter; aerodynamic optimization; wind tunnel testing

大跨度懸索橋由于其結(jié)構(gòu)輕柔、阻尼較小，主梁自振頻率低，對(duì)風(fēng)的作用比較敏感，主梁的抗風(fēng)安全性已成為大跨懸索橋設(shè)計(jì)中的重要考慮因素。特別是1940年美國Tacoma[1]大橋風(fēng)毀事故，使得懸索橋的顫振穩(wěn)定性研究得到大家廣泛關(guān)注。1948年Bleich首次采用Theodor-son的平板氣動(dòng)自激力理論分析懸索橋顫振，1971年開始，Scanlan[1]長(zhǎng)期致力于橋梁顫振穩(wěn)定性研究，形成了一套風(fēng)洞試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法。Ito等[2]采用概率分析方法研究了明石海峽大橋的顫振可靠性，明石海峽大橋針對(duì)桁架主梁斷面采用了下中央穩(wěn)定板與橋面開孔方案，提高了該橋的顫振穩(wěn)定性。楊泳昕等[3]研究了西堠門大橋中央開槽箱型斷面的顫振穩(wěn)定性，分析了箱梁氣動(dòng)外形的改變及開槽寬度對(duì)懸索橋顫振穩(wěn)定性的影響。陳政清等[4]對(duì)中央穩(wěn)定板提高鋼桁梁橋顫振穩(wěn)定性的作用機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究，認(rèn)為中央穩(wěn)定板的作用機(jī)理是使顫振形態(tài)由單自由度向彎扭耦合顫振轉(zhuǎn)移，從而提高了顫振臨界風(fēng)速。劉高等通過計(jì)算分析研究了采用主動(dòng)控制翼板來抑制懸索橋的顫振。

桁架梁是大跨度懸索橋較常采用的一種斷面形式，桁架斷面具有抗扭剛度大、透風(fēng)率高及方便在運(yùn)輸困難地區(qū)施工等優(yōu)點(diǎn)，我國在山區(qū)峽谷地區(qū)修建了多座桁架懸索橋，如矮寨大橋、四渡河大橋、壩陵河大橋等。由于山地地形起伏影響，氣流可能呈波浪狀，自然風(fēng)的非平穩(wěn)特性將對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非常不利影響，因此采取適當(dāng)?shù)拇胧┐_保桁架主梁斷面顫振穩(wěn)定性具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。如矮寨大橋在鋼桁梁中部設(shè)置下中央穩(wěn)定板提高了該橋的氣動(dòng)穩(wěn)定性。

本文以某山區(qū)大跨鋼桁梁懸索橋?yàn)槔ㄟ^風(fēng)參數(shù)計(jì)算、風(fēng)洞試驗(yàn)等研究了上、下中央穩(wěn)定板和水平導(dǎo)流板等不同措施組合對(duì)桁架懸索橋顫振穩(wěn)定性的影響[5]，總結(jié)出了最優(yōu)的顫振控制措施。

1工程概況

顫振性能試驗(yàn)基于某大跨度鋼桁梁懸索橋進(jìn)行，大橋跨越大峽谷，峽谷兩岸地勢(shì)陡峭，地形變化急劇，起伏很大，河谷深達(dá)幾百米，橋位處為喀斯特地貌，橋位區(qū)氣象條件為典型的山區(qū)峽谷風(fēng)，橋梁主跨1130m，主梁為板-桁組合體系，寬27m、高7m，橋型布置如圖1所示，主梁立面如圖2所示。

圖1 橋型布置 Fig.1 Arrangement of bridge

圖2　主梁斷面 Fig.2 Main girder cross section

2橋位風(fēng)參數(shù)

橋梁橋址處為西南山區(qū)典型的峽谷地貌，橋梁兩岸為懸崖峭壁，自然風(fēng)經(jīng)峽谷的狹管效應(yīng)放大和縮小、反轉(zhuǎn)和折回后，將產(chǎn)生眾多渦旋，從而變得極為復(fù)雜。為了準(zhǔn)確把握橋址處的實(shí)際風(fēng)環(huán)境，根據(jù)從《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中查出橋位200km范圍內(nèi)十個(gè)地區(qū)的最大風(fēng)速和對(duì)應(yīng)的百年風(fēng)速，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)中Gumbel Type Ⅰ極值分布計(jì)算得到橋位處基本風(fēng)速[6]為29.40 m/s。

由于大橋位于山區(qū)峽谷，橋面高度處設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速的確定還需要考慮山區(qū)峽谷的影響，即山區(qū)峽谷對(duì)基本風(fēng)速的修正。假設(shè)大橋橋址處“虛擬”標(biāo)準(zhǔn)氣象站的基本風(fēng)速為峽谷進(jìn)口風(fēng)速，對(duì)于建于峽谷處的橋梁，可以借用以下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式獲得設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速[7]：

(1)

式中：ud為建于峽谷上口處橋梁的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速；u10為橋位虛擬氣象站的基本風(fēng)速，即設(shè)為峽谷進(jìn)口風(fēng)速；H為峽谷深度，當(dāng)橋梁建于峽谷上口處，可取橋面至峽谷下底面的高度；B1為峽谷上口處寬度，一般為橋梁橋面長(zhǎng)度；B2為峽谷下底面寬度；κ為山谷效應(yīng)修正系數(shù)。由式(1)計(jì)算出大橋設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速見表1。

表1　設(shè)計(jì)風(fēng)參數(shù)

3節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)

3.1靜力試驗(yàn)

靜力三分力系數(shù)是表征結(jié)構(gòu)斷面在平均風(fēng)作用下受力大小的無量綱系數(shù)，它反映了風(fēng)對(duì)橋梁的定常氣動(dòng)作用。目前隨著理論發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步，人們很多時(shí)候采用CFD技術(shù)計(jì)算某些斷面的三分力系數(shù)，但是對(duì)于桁架主梁，計(jì)算結(jié)果往往與實(shí)際存在明顯差距，因此對(duì)于桁架主梁，風(fēng)洞試驗(yàn)仍然是必須的。風(fēng)軸坐標(biāo)系下的靜力三分力系數(shù)按下式定義：

大橋主梁每個(gè)節(jié)間7.6m，考慮到模型每個(gè)桁架節(jié)間長(zhǎng)度，模型采用1∶48幾何縮尺比，模型弦桿采用優(yōu)質(zhì)木材制作，其余桿件、橋面防撞護(hù)欄、人行道護(hù)欄、檢修軌道等均采用塑料板雕刻而成。圖2為大橋鋼桁架主梁斷面。

試驗(yàn)在均勻流條件下進(jìn)行，試驗(yàn)攻角為：α=-12°～+12°，Δα=1°，利用風(fēng)速儀監(jiān)測(cè)洞內(nèi)風(fēng)速。對(duì)大橋主梁標(biāo)準(zhǔn)梁段在成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試風(fēng)速為15 m/s，主梁成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)的試驗(yàn)結(jié)果如圖3和圖4(體軸系)。

圖3　成橋狀態(tài)主梁斷面三分力系數(shù) Fig.3 Static force coefficients of completed bridge deck

圖4　施工狀態(tài)主梁斷面三分力系數(shù) Fig.4 Static force coefficients of bridge deck during erection

從圖中可以看出，由于施工狀態(tài)對(duì)比成橋狀態(tài)，少了橋面鋪裝、欄桿、檢修道等附屬結(jié)構(gòu)，主梁成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)的三分力系數(shù)相差比較大，說明主梁成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)的氣動(dòng)性能相差比較大。

3.2動(dòng)力試驗(yàn)

針對(duì)鋼桁架橋，動(dòng)力試驗(yàn)主要檢測(cè)主梁的顫振穩(wěn)定性。顫振屬于危險(xiǎn)性的自激發(fā)散振動(dòng)，當(dāng)來流達(dá)到橋梁的顫振臨界風(fēng)速時(shí)，振動(dòng)的橋梁通過氣流的反饋?zhàn)饔貌粩鄰娘L(fēng)中吸取能量，從而使振幅逐步增大，直至結(jié)構(gòu)破壞。橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求橋梁的顫振臨界風(fēng)速必須高于相應(yīng)的顫振檢驗(yàn)風(fēng)速。

試驗(yàn)是通過主梁動(dòng)力節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)，直接測(cè)試主梁在不同攻角下發(fā)生顫振的臨界風(fēng)速，從而對(duì)該橋的動(dòng)力抗風(fēng)穩(wěn)定性進(jìn)行初步評(píng)估[8-9]，如果橋梁在顫振檢驗(yàn)風(fēng)速范圍內(nèi)出現(xiàn)發(fā)散性的顫振失穩(wěn)，就必須進(jìn)行氣動(dòng)措施優(yōu)化。

試驗(yàn)在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，試驗(yàn)段設(shè)有專門進(jìn)行橋梁節(jié)段模型動(dòng)力試驗(yàn)的裝置，模型由8根拉伸彈簧懸掛在支架上，形成可豎向運(yùn)動(dòng)和繞模型軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的二自由度振動(dòng)系統(tǒng)，試驗(yàn)支架置于洞壁外，以免干擾流場(chǎng)。為保證主梁斷面氣動(dòng)繞流的二維特性，在主梁模型兩端設(shè)置端板。在模型前方不干擾流場(chǎng)處設(shè)置風(fēng)速儀，用來監(jiān)控風(fēng)洞內(nèi)的風(fēng)速。模型試驗(yàn)示意圖如圖5所示。

動(dòng)力節(jié)段模型試驗(yàn)將橋梁的三維風(fēng)致振動(dòng)近似簡(jiǎn)化為彎扭耦合的二維振動(dòng)問題處理。為考慮全橋的整體運(yùn)動(dòng)及不同方向振動(dòng)間可能的耦合，試驗(yàn)時(shí)模型系統(tǒng)更精確的采用了計(jì)入全橋共同作用的等效質(zhì)量和等效質(zhì)量慣性矩。動(dòng)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑囼?yàn)參數(shù)見表2。

到目前為止，還沒有一種被廣泛接受用來估算橋梁結(jié)構(gòu)阻尼比的方法。我國《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中建議的橋梁結(jié)構(gòu)阻尼比按下列取值：鋼橋?yàn)?.5%、結(jié)合梁橋?yàn)?%、混凝土橋?yàn)?%。這些參考值主要針對(duì)主梁而言，桁架梁橋的主梁根據(jù)規(guī)范建議可以取為0.5%。為得到偏于安全的試驗(yàn)結(jié)果，在試驗(yàn)中偏安全地將模型系統(tǒng)的豎彎和扭轉(zhuǎn)阻尼比均控制在0.5%水平以下。

考慮到斷面的顫振臨界風(fēng)速對(duì)風(fēng)攻角的敏感性，節(jié)段模型動(dòng)力試驗(yàn)分別在0°、+3°、-3°三種攻角(來流風(fēng)指向主梁下底面時(shí)為正攻角)情況下進(jìn)行，試驗(yàn)均是在均勻流場(chǎng)中進(jìn)行。顫振試驗(yàn)節(jié)段模型見圖6。

試驗(yàn)是通過在模型下放置兩個(gè)激光位移器，直接測(cè)量主梁節(jié)段模型的位移，同時(shí)觀測(cè)發(fā)生顫振時(shí)對(duì)應(yīng)的顫振臨界風(fēng)速，并通過風(fēng)速比(模型試驗(yàn)風(fēng)速與實(shí)橋自然風(fēng)速之比)推算出實(shí)橋的顫振臨界風(fēng)速(由風(fēng)致振動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)的臨界點(diǎn))。主梁的顫振風(fēng)速見表3。

表2　節(jié)段模型主要試驗(yàn)參數(shù)

注：V—-豎向，T—扭轉(zhuǎn)，S—對(duì)稱，A—反對(duì)稱，例：V-S-1表示第一對(duì)稱豎彎。

表3　橋梁顫振臨界風(fēng)速

從表3中可以看出大橋主梁在-3°攻角下顫振臨界風(fēng)速高于顫振檢驗(yàn)風(fēng)速，主梁是安全的；但是在0°和+3°攻角下，顫振臨界風(fēng)速小于顫振檢驗(yàn)風(fēng)速，主梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)不滿足橋梁的設(shè)計(jì)要求，主梁斷面需要進(jìn)行一定的氣動(dòng)優(yōu)化試驗(yàn)。

根據(jù)表3的結(jié)果，計(jì)算出橋梁的顫振折算風(fēng)速，同時(shí)總結(jié)明石海峽大橋(主跨1991m鋼桁梁懸索橋，世界第一跨徑)、矮寨大橋(主跨1176m鋼桁梁懸索橋)、抵母河大橋(主跨538m鋼桁梁懸索橋)和清江大橋(主跨420m鋼桁梁懸索橋)的顫振折算風(fēng)速，將五座橋梁的顫振折算風(fēng)速列于表4。

表4　橋梁顫振折算風(fēng)速

從表4可以看出，大跨鋼桁梁懸索橋的顫振折算風(fēng)速基本位于數(shù)值4左右。清江大橋由于橋梁較窄，顫振折算風(fēng)速稍微偏高。明石海峽大橋由于主跨較長(zhǎng)，主梁扭轉(zhuǎn)基頻較低，并且主梁斷面很寬，顫振折算風(fēng)速也偏高。根據(jù)這個(gè)數(shù)值規(guī)律，可以大致推算大跨鋼桁梁懸索橋的顫振臨界風(fēng)速，并對(duì)某些大跨鋼桁梁懸索橋的顫振臨界風(fēng)速進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖5　模型試驗(yàn)示意圖 Fig.5 Schematic diagram of model test

圖6　安裝在風(fēng)洞中的節(jié)段模型 Fig.6 Section model installed at wind tunnel

4主梁氣動(dòng)優(yōu)化試驗(yàn)

依據(jù)節(jié)段模型試驗(yàn)結(jié)果，大橋主梁在部分攻角范圍內(nèi)，顫振臨界風(fēng)速小于顫振檢驗(yàn)風(fēng)速。為了使大橋在山區(qū)特定條件下的顫振特性滿足設(shè)計(jì)要求，避免因風(fēng)致顫振引起的橋梁破壞事件發(fā)生，需要利用風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)大橋主梁的氣動(dòng)外形進(jìn)行一系列的風(fēng)洞試驗(yàn)研究[10-12]。

試驗(yàn)中選擇最不利攻角+3°進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，系統(tǒng)阻尼比設(shè)為0.5%，橋梁斷面的優(yōu)化方案(表5中的圖圈出部分)及結(jié)果如表5(表中數(shù)據(jù)均換算到實(shí)橋)所示。

從表5可知，通過一系列節(jié)段優(yōu)化試驗(yàn)，各方案對(duì)提高主梁的顫振發(fā)散風(fēng)速都有一定作用，但是效果各不相同，結(jié)果如下：

(1)下中央穩(wěn)定板對(duì)大橋主梁作用不明顯，無論下穩(wěn)定板多高，顫振臨界風(fēng)速都小于顫振檢驗(yàn)風(fēng)速；

(2)采用1.1m寬水平穩(wěn)定板，顫振臨界風(fēng)速大于顫振檢驗(yàn)風(fēng)速，大橋顫振可以滿足規(guī)范要求；

(3)上中央穩(wěn)定板對(duì)顫振臨界風(fēng)速提高作用明顯，當(dāng)上穩(wěn)定板與中央分隔帶欄桿高度一樣時(shí)，顫振臨界風(fēng)速略低于顫振檢驗(yàn)風(fēng)速；當(dāng)上穩(wěn)定板比中央分隔帶欄桿高100mm或150mm時(shí)，主梁顫振穩(wěn)定性都能很好滿足抗風(fēng)要求。

圖7　穩(wěn)定板斷面布置圖 Fig.7 Section arrangement of the central stability boards

綜合以上分析，在不改變目前主梁斷面的前提下，實(shí)際采用封住中央分隔帶欄桿的措施，可以很好的改善主梁的抗風(fēng)安全性。從主梁安全性和經(jīng)濟(jì)性兩方面考慮，設(shè)置比欄桿高100mm的上中央穩(wěn)定板是最優(yōu)方案，見圖7和圖8。

表5　大橋主梁氣動(dòng)優(yōu)化方案

圖8　穩(wěn)定板縱向布置圖 Fig.8 Longitudinal arrangement of the central stability boards

5顫振性能的驗(yàn)證

全橋氣動(dòng)彈性模型能較真實(shí)地模擬結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，較準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)與空氣的動(dòng)力相互作用，主要用于檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)在均勻來流下的靜風(fēng)穩(wěn)定、渦振、顫振、馳振等氣動(dòng)性能，以及在紊流條件下的抖振性能等。以全橋氣彈模型試驗(yàn)進(jìn)行節(jié)段模型顫振穩(wěn)定性試驗(yàn)的驗(yàn)證[13]。

大橋設(shè)計(jì)階段最終方案的確認(rèn)是由西南交通大學(xué)XNJD-3風(fēng)洞中的全橋氣彈模型試驗(yàn)來進(jìn)行的。XNJD-3風(fēng)洞試驗(yàn)段長(zhǎng)36m，寬22.5m，高4.5m，風(fēng)洞空置時(shí)，風(fēng)速范圍為0～16.5 m/s，紊流度1.0%以下。該試驗(yàn)段可通過安裝尖塔、鋸齒板和粗糙元等裝置模擬大氣邊界層。根據(jù)模型試驗(yàn)相似理論，并考慮橋位高度附近地形條件的模擬，設(shè)計(jì)制作了縮尺比1∶100的全橋氣彈模型。全橋及桁架梁局部模型如圖9、圖10所示。

圖9　全橋氣彈模型 Fig.9 Full bridge aerodynamic elastic model

圖10　主梁局部模型 Fig.10 Section girder model

全橋氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試了均勻流及紊流場(chǎng)中-3°、0°、+3°三種風(fēng)攻角下的顫振臨界風(fēng)速，紊流和均勻流場(chǎng)中均未觀測(cè)到顫振失穩(wěn)現(xiàn)象。表6為全橋氣彈模型無中央穩(wěn)定板和設(shè)置中央穩(wěn)定板的顫振臨界風(fēng)速對(duì)比結(jié)果。

表6　全橋氣動(dòng)彈性模型顫振臨界風(fēng)速對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

從表6中可知，大橋成橋狀態(tài)，在0°和-3°攻角下，顫振臨界風(fēng)速大于顫振檢驗(yàn)風(fēng)速；在+3°攻角下，顫振臨界風(fēng)速小于顫振檢驗(yàn)風(fēng)速，不滿足抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求。

通過設(shè)置比欄桿高100mm的上中央穩(wěn)定板，大橋在成橋狀態(tài)0°、-3°和+3°風(fēng)攻角下顫振臨界風(fēng)速均大于顫振檢驗(yàn)風(fēng)速，滿足抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求。

由于節(jié)段模型試驗(yàn)時(shí)一般為單模態(tài)振動(dòng)，而全橋氣彈模型試驗(yàn)，有多個(gè)模態(tài)參與主梁的振動(dòng)，全橋氣彈模型試驗(yàn)結(jié)果一般都大于節(jié)段模型試驗(yàn)結(jié)果，全橋氣彈模型試驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了節(jié)段模型試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

6結(jié)論

通過節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)、氣動(dòng)優(yōu)化風(fēng)洞試驗(yàn)及全橋氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)結(jié)果的驗(yàn)證，可得到以下主要結(jié)論：

(1)當(dāng)橋位周圍缺少氣象資料時(shí)，可以通過附近國家氣象站的資料，通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法、山區(qū)地形修正，計(jì)算得到橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速。

(2)對(duì)于大跨度鋼桁梁懸索橋，運(yùn)用合適的氣動(dòng)優(yōu)化措施，一定能解決桁架梁的顫振穩(wěn)定性問題。

(3)大跨鋼桁梁懸索橋顫振折算風(fēng)速值一般位于數(shù)值4左右。

(4)下中央穩(wěn)定板對(duì)于板-桁組合式桁架梁橋的顫振臨界風(fēng)速的提高作用不明顯。

(5)上中央穩(wěn)定板和水平穩(wěn)定板對(duì)板-桁組合式桁架梁橋，都能很明顯的提高顫振臨界風(fēng)速。

(6)上中央穩(wěn)定板、下中央穩(wěn)定板和水平穩(wěn)定板安裝的高(寬)度等對(duì)顫振發(fā)散風(fēng)速影響較大，需通過試驗(yàn)確定穩(wěn)定板安裝的位置、高(寬)度和是否通長(zhǎng)設(shè)置等參數(shù)。

因此，在對(duì)大跨鋼桁梁懸索橋進(jìn)行顫振性能評(píng)價(jià)時(shí)，需要結(jié)合試驗(yàn)，考慮阻尼、頻率等一些因素，對(duì)主梁斷面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，選擇最優(yōu)斷面形式。

參考文獻(xiàn)

[1]Scanlan R H. Problematics in formulation of wind-force models for bridge decks[J]. Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 1993, 119(7):1433-1446.

[2]Ito M, Fujino Y. A probabilistic study of torsion flutter of suspension bridge under fluctuating wind[C]// Proceedings of the 4th International Conference on Structural Safety and Reliability. New York: ASCE, 1985:145-160.

[3]楊泳昕, 葛耀君, 曹豐產(chǎn). 大跨度懸索橋中央開槽箱梁斷面的顫振性能[J]. 中國公路學(xué)報(bào), 2007, 20(3):35-40.

YANG Yong-xin, GE Yao-jun, CAO Feng-chan. Flutter performance of central-slotted box girder section for long-span suspension bridges[J]. China Journal of Highway and Transport, 2007,20(3):35-40.

[4]陳政清, 歐陽克儉, 牛華偉, 等. 中央穩(wěn)定板提高桁架梁懸索橋顫振穩(wěn)定性的氣動(dòng)機(jī)理[J]. 中國公路學(xué)報(bào), 2009, 22(6):53-59.

CHEN Zheng-qing, OUYANG Ke-jian, NIU Hua-wei, et al. Aerodynamic mechanism of improvement of flutter stability of truss-girder suspension bridge using central stabilizer[J]. China Journal of Highway and Transport, 2009, 22(6):53-59.

[5]中華人民共和國交通部. JTG/T D60-01-2004 公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國交通出版社,2004.

[6]王凱, 廖海黎, 李明水. 山區(qū)峽谷橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速的確定方法[J]. 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),2013,48(1): 29-36.

WANG Kai, LIAO Hai-li, LI Ming-shui. Determination method for basic design wind speed of mountainous valley bridge[J]. Journal ofSouthwest Jiaotong University, 2013, 48(1): 29-36.

[7]徐洪濤.山區(qū)峽谷風(fēng)特性參數(shù)及大跨度桁梁橋風(fēng)致振動(dòng)研究[D]. 成都：西南交通大學(xué),2009.

[8]徐洪濤, 廖海黎, 李明水. 壩陵河大橋節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)研究[J]. 世界橋梁, 2009(4): 83-89.

XU Hong-tao, LIAO Hai-li, LI Ming-shui. Wind tunnel test study of sectional model of baling river bridge[J]. World Bridges, 2009(4): 83-89.

[9]許福友, 陳艾榮, 張哲. 確定橋梁模型顫振臨界風(fēng)速的實(shí)用方法[J]. 振動(dòng)與沖擊, 2008, 27(12) : 97-102.

XU Fu-you, CHEN Ai-rong, ZHANG Zhe. Practical technique for determining critical flutter wind speed of bridge model[J]. Journal of Vibration and Shock, 2008, 27(12): 97-102.

[10]胡峰強(qiáng). 山區(qū)風(fēng)特性參數(shù)及鋼桁架懸索橋顫振穩(wěn)定性研究[D]. 上海：同濟(jì)大學(xué), 2006.

[11]劉慕廣, 陳政清. 典型鈍體斷面大攻角下的顫振自激力特性[J]. 振動(dòng)與沖擊, 2013,32(10):22-25.

LIU Mu-guang, CHEN Zheng-qing. Characteristcs of self-excited forces in flutter of typical blunt body under large attack angles[J]. Journal of Vibration and Shcok, 2013,32(10):22-25.

[12]李春光, 張志田, 陳政清, 等. 桁架加勁梁懸索橋氣動(dòng)穩(wěn)定措施試驗(yàn)研究[J]. 振動(dòng)與沖擊, 2008,27(9):40-43.

LI Chun-guang, ZHANG Zhi-tian, CHEN Zheng-qing, et al. Experimental study on the aerodynamic stability measure of a suspension bridge with truss stiffening girder[J]. Journal of Vibration and Shock, 2008,27(9):40-43.

[13]Zhu L D, Wang M, Wang D L. Flutter and buffeting performances of third Nanjing bridge over Yangtze river under yaw wind via aeroelastic model test [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2007,95(9/10/11): 1579-1606.

第一作者朱喜鋒男，博士生，講師，1980年生

通信作者羅冠煒男，教授，博士生導(dǎo)師，1963年生

郵箱: luogw@mail.lzjtu.cn

第一作者王軍男，博士生，1989年生

通信作者郭君男，博士，副教授，1981年生