钢桁架梁悬索桥抖振响应影响因素分析

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1、2012年8月第8期城市道桥与防洪桥梁结构163钢桁架梁悬索桥抖振响应影响因素分析李曙光(陕西交通职业技术学院，陕西西安710018)摘要：用等效的单主梁模型分析钢桁架悬索桥的抖振，分析各种因素对钢桁架悬索桥抖振响应的影响。由于桁架桥构件之间气动干扰的复杂性，在风洞试验时得到的气动力系数表征的是断面的气动特征，而非杆件的气动特征。因此，风振的分析需要建立静力刚度和动力特性与桁架梁等效的单梁有限元模型。通过调整等代梁的刚度和集中质量可以实现等效。分析结果表明：在设计基准风速下，大变形和自激力对抖振起抑制作用，有效风攻角使得抖振响应变大，且静风对风攻

2、角的改变起主要作用。自激力影响程度最大，静风和有效风攻角的影响程度其次，大变形的影响最小。关键词：悬索桥；桁架；抖振；等代梁中图分类号：U448．25文献标识码：A文章编号：1009—7716(2012)08—0163—040引言1工程背景和有限元模型自塔科马桥风毁事故发生以后，大跨桥梁的赛吾迭格尔桥位于新疆富蕴县以西57km处气动稳定性问题受到桥梁工程师和空气动力学专的低山丘陵地带，跨越额尔齐斯河，用于连接额尔家们的关注，取得了诸多重要的进展【l。随着交通齐斯河与喀拉额尔齐斯河之间的平原荒漠草原，的发展，国内兴建了很多大跨度缆索支撑体系桥是喀拉

3、塑克水利枢纽工程的补偿配套工程。该桥梁，在带来交通便捷的同时，也带来了风振引起的地处我国的强风区一新疆北部，且结构轻柔，从而桥梁安全和疲劳的问题，因此桥梁风振问题在国对抗风设计提出了较高的要求。内受到越来越多的重视。因为微机性能的不断提人行桥的宽度较小，扭转刚度小，其气动特征高，风振的时域仿真的方法越来越受到重视。项海值得关注。由于原设计方案的静风稳定性不满足帆[41指出：只要合理地将静风荷载、抖振力和自激要求，在长安大学风洞实验室的建议下，设计方设力考虑在内，就可以再现结构从稳定的随机振动计了专门增设了抗风措施【s】：加单联中央扣、降主过渡到发

4、散的周期振动这一过程。李永乐(2005)【s】缆高、并采用45。抗风缆。抗风缆和悬索桥主桁下验证了抖振时域分析的结果和频域分析的具有较弦的节点用拉杆相连，抗风缆的两端锚固在主塔好的一致性。张志田等【61(2006)详细分析了桥梁抖两侧的山坡上；抗风缆中导人的张力为3000kN，振中的相对风攻角，认为还应考虑结构振动引起矢跨比为1／24。增设了抗风措施以后，解决了窄索的瞬时风攻角的变化，并由此建立了不同的气动桥的静风稳定性问题，经二维阶段模型的风动实力模型。文水兵等【研究认为除了来流紊流外，绕验论证，其颤振稳定性亦满足要求【。虽然气动稳流的涡旋引起

5、的特征紊流对作用在桥梁上的抖振定性已经得到了控制，但紊流风引起的桥梁抖振力也有影响。可能会引起桥梁钢构件的疲劳破坏及行人舒适性本文以新疆富蕴县赛吾迭格尔大桥为工程背等问题。因此，此类桥型的抖振不应该被桥梁工程景，该桥是一个主梁为桁架体系的人行悬索桥。在技术人员忽视。风洞试验时得到的气动力系数表征的是断面的气本文用通用软件完成非线性抖振分析。桁架动特征，而非桁架杆件的气动特征，难以直接采用加劲梁悬索桥计算模型复杂，采用全杆件模拟虽桁架体系主梁的有限元模型进行静风及风振分然精度高，但在风荷载计算方面会带来一些问题。析。因此本文研究用动力特性等效的单主

6、梁模型结构的静力三分力系数等风洞试验测量数据均是分析桥梁抖振的方法，分析结构的几何非线性、有针对一段梁段的综合结果，而并非桁架中各杆件效风攻角、气动自激力等对此类桥梁抖振的影响的结果，致使在采用试验所得数据进行后续计算程度，为设计提供参考。时加载点以及数值不明确，因此采用一种单梁来模拟桁架加劲梁，使它们具有相似的动力特性。步骤如下：首先建立了桁架主梁的全桥模型，对其进收稿日期：2012—02—29作者简介：李曙光(1972一)，男，吉林榆树人，副教授，从事公行均布荷载下的静力分析和动力特性计算；然后路工程教学、研究工作。根据静力等效原则确定等代梁

7、的截面特性，通过筛掣篷翠￡b毒吾州^．)＼援啦辑岳青曩繇州2012年8月第8期城市道桥与防洪LL，m歌m桥：梁结构．，165大，但不考虑大变形得到结果偏差不大，且偏安3抖振计算结果和影响因素分析全。由于抖振计算是在静平衡状态基础上进行时抖振时域分析是用足够长时间的响应计算结程分析的，此时结构的大变形已经基本完成，脉动构响应的统计值，理论上来讲，分析时段越长，统计力引起的结构位移相对较小，这时大变形的影响值越反映真实情况。为确定较合理的计算时长，对不像静力计算时那么显著了。且考虑到大变形的不同时长下得到的响应根方差进行比较(见表1)，分析会显著增加

8、计算量，分析机时是不考虑大变最长时间步(4000步)下的响应时程见图4。为考形时的几倍甚至几十倍，所以在后面的抖振影响虑重力刚度和静风形