悬索桥抗风综述

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1、悬索桥抗风综述：本文以大跨径悬索桥的抗风为研究对象，总结阐述了抗风研究的历史过程，着重分析了桥梁抗风设计的方法：采用拉索系统提高扁平箱梁形式悬索桥颤振临界风速；通过改善桥梁断面的外形来减小气动力的空气动力学措施；在加劲梁上安装一些辅助装置来增大结构的阻尼，并减小作用在结构上的气动力，从而达到提高悬索桥气动稳定性的目的的机械措施。文中还对超长跨径悬索桥建设的可行性进行了研究。　　关键词：桥梁抗风，拉索系统，空气动力学，机械措施，阻尼器　　　　1.塔科玛桥的倒塌　　1940年华盛顿州塔科玛市的海面上刮起了风速19m/s

2、的强风，刚竣工的全新的塔科玛悬索桥在风的吹动下，诱发了扭转振动导致了可怕的跨桥事故。　　设计塔科玛桥时充分考虑了风的静力作用，还委托华盛顿大学做了模型试验，并无任何疏忽与漏洞。事故的原因并不是风的静力作用，而是随时间变化的风产生的作用力所致。　　塔科玛桥的悲剧发生之后，美国采用的确保悬索桥抗风稳定性的方法主要是两种。一种是采用桁架加劲梁和开敞式的桥面使涡旋分散的方法，另一种是由自重增加刚度的方法。北美抗风对策的实质是桁架和重量。　　2.欧洲抗风方式的改进　　欧洲的技术人员开始注意到了一种新的途径，例如采用扁平的翼型

3、断面（AirfoilorAerofoilSection）以减小风的作用力或者抑制涡旋的产生。加劲梁由桁架向翼型断面箱梁的转变使悬索桥变得更加轻，更加经济了。　　箱梁的另一个优点是和桁架相比，风的抗力仅为1/3，由于塔顶主缆传来的水平反力是由桥面系70%的风力而产生的，风的抗力减少至1/3，无疑对塔的设计带来很大的影响”。　　采用这种方式的赛文桥由于忽视了悬索桥的重量而造的太轻了，在风作用和车辆行驶作用下，成为极敏感的结构。风洞试验的结果，虽然没有出现塔科玛桥那样的破坏振动，但却总是常常出现发出嘎啦嘎啦响声的振动。　

4、　3.20世纪末的悬索桥　　20世纪才真正是长大悬索桥的发展时期，日本架设了跨度近2000m的世界第一的明石海峡大桥。　　桥梁是使行人、车辆安全通过的结构物，因此设计时，不仅对人群和车辆荷载，而且也应对台风、地震等自然界的外力作用。一般而言，桥梁结构随着跨度的增加，地震的影响却变小，对风的考虑却变得极为重要。其原因是无论怎样的地震，其能量的峰值大约在比1~2s还短的周期处，难以激起固有周期最大可达30s左右的超长大悬索桥的共振现象。　　下表是遭受重大风灾的悬索桥一览表，悬索桥的风灾与跨度无关，其原因是不同的风速作用

5、下，悬索桥可能产生不同的不稳定现象。　　遭受风灾的悬索桥一览表　　序号桥名所在国家跨度跨桥时间　　1干镇修道院桥英国791818　　2联合桥英国1371821　　3纳索桥德国751834　　4布莱顿桥英国781836　　5蒙特罗斯桥英国1321838　　6梅奈海峡桥英国1771839　　7罗奇伯纳德桥法国1951852　　8威灵桥美国3091854　　9尼亚加拉——利文斯顿桥美国3171864　　10尼亚加拉——克利夫顿桥美国3841889　　11塔科玛桥美国8531940　　4.采用拉索系统的新桥型　　采用拉索系

6、统提高流线型的扁平箱梁形式悬索桥颤振临界风速的研究已在活跃的进行。　　（1）竖断面交叉索方式　　竖断面交叉索方式是用细的拉索将悬索桥的加劲梁和主缆横向连接，从而提高耦合颤振的临界风速。这种方式，常常也称为横吊杆方式，但是吊杆是有恒荷载的初期应力的，初期恒载应力的成为横吊杆方式，无初期恒载应力的则称为横拉索方式。　　　　（2）主缆上交叉索方式　　悬索桥以对称振型扭转振动时，主塔的两根塔柱则相对于桥轴方向反相位振动，将主缆用拉索横向连接的主缆上交叉索的方式。悬索桥以反对称振型扭转振动时，主塔在桥轴方向几乎不移动，在实际

7、设计时，常将前述的竖断面交叉索方式和本方式合并使用。　　　　（3）单缆方式　　悬索桥的加劲梁传统的做法是通过吊杆悬挂在两根主缆上的，而如果主缆只有一根，吊杆和加劲梁成三角形的算索桥称为单缆方式。和传统的两根主缆方式相比，加劲梁会有大的扭转变形，因此，在风作用下，有在更低的风速区发生扭转颤振的危险，设计时必须注意。　　　　（4）双缆单鞍座方式　　两根主缆在主塔附近集束成一根的方式称为双缆单鞍座方式。　　（5）分裂型悬索桥方案　　这种方案主要是为了提高悬索桥的横向稳定性，2个分离的桥面分别悬吊在2个分离的桥塔和缆索系统

8、，并用横向连接系连接2个分离的桥面。这种体系具有更大的扭转刚度。同时,风洞试验表明这种悬索桥方案也具有良好的气动稳定性。　　　　（6）刚性吊杆　　传统悬索桥设计中，基本都采用高强钢丝或钢绞线组成的柔性吊杆。采用刚性吊杆主要是为了减少2根平行主缆之间的竖向相对位移，约束桥面的扭转振动，从而提高悬索桥的扭转刚度。当刚性吊杆布置在中跨的1/3处附近时，能够有效地提