浅谈斜拉索的多种风致振动

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1、小议斜拉索风致振动以及减振施何傭高兆（1西南交大土木设计有限公司广州根公司广州510610）（2南昌市公路勘察设计险昌330077）摘要：本文介绍了斜拉索风致振动的基本原因和类型、部分减振原理和特点。关键词桥梁工程；风振控制；涡激共振；抖振；参数振动；弛振；尾流弛振；风・雨振;由于背风侧索处在迎风侧索的尾流中并且受到迎风侧0前言随着现代桥跨结构朝着高大、轻柔、低阻尼蠶发展，发展超长、大跨径柔性桥梁是国际的一种趋势，因此国内外近几年修建的斜拉桥跨度日渐增大，拉索也日渐长大，密索体系斜拉桥已经成为倾。众所周知，拉索是斜拉

2、桥的极其重要组成部分，桥跨结构的恒载与活载大部分通过拉索传递到塔柱但是由于拉索质量小、柔度大、自身阻尼小，在风的激励下会发生多种类型的强烈振动，从而影响到桥跨结构的安全；因此如何将拉索的风振控制在安全范围受到桥梁结构工程师们的广泛关注。1斜拉索振动的基本原因以及类型由于斜拉索的结构阻尼很小，而结构阻尼对气动力稳定性至关重要，所以拉索本身就难以稳定。在不同的外因条件下拉索将发生不同频率和振幅的索振”，而且发振频度和振幅随着外因的改变而变化虽然引起拉索振动的原因很多，但其主要原因是风，即索振基本为风激振动。从斜拉索的振动

3、类型来看一般有以下几种：1.1经典涡激共振（Vortex-inducedresonance）索产生的尾流涡旋的激励，而背风侧索的振动又扰迎风侧索周围的气流并与背风侧索一起探生振动,其特点是随着不同的风速以及不同的水平偏创可以产生不同模态组合的拍频振动。这种相互作用随着两根索间距的增大而减小直至消失。高频的尾流抖振也会影响拉索锚固端的疲劳。1.3参数振动(Parametricresonance)当桥面和塔受到活载、风荷载而引起振动时会使得两端与之相连的拉索，以同样的频率随之纵向振动，当拉索横向自振频率fc正好等于fb

4、/2或f「/2时（其中fb为桥面竖向弯曲自振频率而f「为桥面扭转振频率），拉索就会产生横向振动，即共振作用使结构的振动在索中放大，但一般振幅较小。实际桥梁中发生拉索参数共振的情况较少。1.4驰振与尾流驰振（Galloping&Wakegalloping）索的外形也会使索产生大振幅的驰振而最饕致气动力失稳，当索的截面形状发生圆形异化如边形索，或积雪）时会产生横风向的大幅度自激振动。当2根或多根拉索并列布置时；由于迎风面索的紊流尾流区内存在一个不稳定驰振区，如果背风面索正好当稳定的层流风吹过拉索时气流绕断面分离处在这不稳

5、定区内，就会导致背风面索发生椭形轨产生周期性交替的漩涡脱落从而形成涡漩尾迹（又称卡门涡街，由于涡脱频率是和风速成正比，当其频率与拉索的自振频率一致时，将发生涡激共振。涡激共振是斜拉索最为常见的一种低风速下的风致振动；属于低风速下的强迫振动，对结构来说般发生在Vcr=3m/s-10m/s范围内（即3-5级蒲福风力）。但是涡激能量输入有限，不会产生大幅度的拉索振动（Amax<0.5D）,值得注意的是：涡振发振频度很高,易造成拉索的疲劳损1.2抖振（Buffeting）迹的振幅不断加大的低频振动既然尾流驰振。尾流驰振的发

6、振风向大致与桥綺0罔為±70°-80°（即背风侧索正好处在不稳定的驰振区）。尾流驰振的发振风速视索长、索力而定，一般为Ver=25fnD-50fnD。对短索而言，迎风侧索大体丕动。对长索的迎风侧索也会因背风侧索的尾流驰振H分能量而产生小幅振动，且在索平面内两索振动的相位正好相反。尾流驰振的特点是既有索平面内又有索平面外的大幅度振动，严重的还会造成拉索互相碰打风一雨振(Rain—windinducedvibration)这是近几年研究发现的在风和雨共同作用引起的一种拉索强烈的振动。特别是由于顺风向向下倾索由于自然风的阵

7、风脉动和紊流引起拉索的强迫振动。但抖振的振幅一般比较小。值得指出的是抖振具有多种形式的尾流效应，典型的是并列索的尾流抖振。尼器中切片的运动使粘性体产生剪切变形从而将振动1.4-3.3倍，风响应速度时程曲线峰一峰值减小能量传递给粘性体再转变成热能耗散。国内应用粘性剪切型阻尼器的桥有汕头石大桥、湖口大稀、白沙洲1.2-17.5倍。达到预期的减振效果。表1鄂黄长江公路大桥部分拉索减振效果对比大桥、军山大桥、鄂黄长江大桥、荆州长江大索桥等。I现将鄂黄长江大桥、荆州长江大桥两座大盍桥的粘峰风响应功率谱有效值风响应时程曲结对数衰

8、.率性剪切型阻尼器的应用情况介绍如下：鄂黄长江大桥是北京至广州106国道跨越长江，加速度(mgrms)A29位移加速度—峰值位移(mmpP)—(mgp-p)(mmrms)有HCA14.643.464—2^60分1.700.0635无HCA1778359.59526.8875.402887.652.5568.594册黄冈两座中等城市的特大桥梁，是