提高大跨度人行悬索桥抗风稳定性措施的效果分析.pdf

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1、世界桥梁２０１７年第４５卷第３期（总第１８７期）６９提高大跨度人行悬索桥抗风稳定性措施的效果分析１２２何恺，郭坤，马亮（１．中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都６１００３１；２．中建六局桥梁有限公司，重庆４０２２６０）摘要：为研究各类抗风措施对提高大跨度人行悬索桥抗风稳定性的贡献，以某主跨４３０m的人行单跨悬吊地锚式悬索桥为背景，利用杆系有限元程序建立模型，对基本结构以及采用空间缆、增大梁重、拓宽梁端桥面、设置抗风缆等措施下，人行悬索桥的动力特性及抗风稳定性进行了分析。结果显示：颤振临界风速是人行悬索桥的设计控制风速；拓宽加劲梁梁端宽度，基本不能提高结构抗风稳定性；同时增大梁

2、段重量１５０％和设置抗风缆对抗风稳定性的提升效果较好，均可达到３０％以上；设置抗风缆后，明显提高了结构的竖弯基频和扭转基频，但也增加了养护和维修成本，影响桥下空间利用。关键词：人行桥；悬索桥；地锚式；加劲梁；抗风稳定性；压重；空间缆；抗风缆；有限元法中图分类号：U４４８．１１；U４４８．２５；TU３１１．３文献标志码：A文章编号：１６７１－７７６７（２０１７）０３－００６９－０６1引言丝５．１mm的镀锌高强钢丝矱组成，北侧主缆跨度布随着悬索桥跨径不断增大，结构轻柔性逐渐增置为（５５＋４３０＋５１）m，南侧主缆跨度布置为（８０＋［１］强，风荷载与风致响应问题尤其突出。人行悬索４３

3、０＋８２）m，主缆矢跨比为１∶１０，全桥结构总体布桥大多在山区峡谷修建，地形特征多异，山丘起伏，置如图１所示。沟壑纵横，地形条件的多变及不同地形特征间的相互气动干扰，使复杂地形地貌桥址区风场变得异常［２］复杂，对结构抗风稳定性非常不利。由于人行悬索桥的通行特点，决定了荷载较小，加劲梁窄长，质量较轻，使得颤振临界风速成为人行悬索桥抗风稳定性的设计控制风速。相关学者在研究悬索桥抗风稳定性时发现，提高结构的竖弯基频和扭转基频可改善桥梁的抗风稳［３‐４］定性，具体通过结构措施、空气动力学措施和机［５‐７］械措施来实现。在目前已经建成的人行悬索桥中，为提高桥梁抗风颤振临界风速，采取的主要

4、措施图1全桥结构总体布置有：选择整体刚度更大的加劲梁类型、增大加劲梁重该桥桥塔采用钢筋混凝土独柱结构，西侧桥塔［８］量集度、采用空间缆索以及设置抗风缆等。横向中心距为４５m，东侧桥塔横向中心距为５０m。本文以主跨４３０m人行悬索桥为背景，研究了４个桥塔均为圆环形截面，从顶面按某一斜率均匀设置空间缆、增大钢箱梁重量、增大扭转刚度等抗风变化至塔底，桥塔壁厚０．７m。措施对提高抗风颤振临界风速的效果，作为比较，还该桥加劲梁为简支结构，跨径３７３．０m，采用钢研究了设置抗风缆对提高人行悬索桥抗风稳定性的制纵、横梁结构形式。主纵梁横桥向间距为４．５m，效果。沿桥跨方向通长设置，中空部分可

5、灌注混凝土增大梁重。横梁标准间距为５．０m，加劲梁中间部分为2工程概况标准等宽段，桥面宽度６．０m，两端各５０．０m范围某人行桥主跨为４３０m，为单跨悬吊地锚式悬内上、下游外侧各增设１道副纵梁，以增强扭转刚索桥。２根主缆为空间索面，采用预制平行钢丝索度，桥面宽度由６．０m按线性规律变化至１５．０m。股法制作，均由１９根通长索股构成，每根索股由９１加劲梁梁高０．６m，加劲梁标准横断面如图２所示。收稿日期：２０１６－０９－２３作者简介：何恺（１９９１－），男，２０１４年毕业于西南交通大学土木工程专业，工学学士，２０１７年毕业于西南交通大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士（E‐mail：

6、１４５３５８３９３８＠qq．com）。７０世界桥梁２０１７，４５（３）其中压重方案为在全桥纵梁内均灌满混凝土，１个标准梁段共计２根纵梁，灌注的混凝土约为２５．４kN／m。梁端加宽为在加劲梁两端各５０．０m范围内上、下游外侧各增设１道副纵梁，以增强扭转刚度。桥面宽度由６．０m按线性规律变化至１５．０m（见图３）。图2加劲梁标准横断面采用西南交通大学的桥梁结构非线性分析系统该人行悬索桥主跨跨度达到４３０m，由于桥梁［９］BNLAS软件建立人行悬索桥的空间有限元模型。位于风景区且跨越高深峡谷，在桥上还需设计蹦极、全桥纵横梁结构模型如图４所示。溜索等娱乐休闲设施，不宜设置抗风缆。为提高

7、该背景桥梁的加劲梁采用带风嘴的分体式钢箱梁桥的抗风稳定性，桥梁设计时对空间缆、加劲梁灌注结构，且实际结构在纵梁的钢箱中灌注有混凝土结混凝土增重、拓宽梁端桥面等增强悬索桥抗风稳定构，因此，对加劲梁的结构采用不同的方式离散，可性的措施进行了研究。能对结构振动特性的计算结果带来较大的误差。通3结构模型常，分体式钢箱梁在有限元计算中有２种离散方式，为提高该桥的抗风稳定性，设计中采用了空间一种是更接近真实的纵横梁结构，另一种是以一根缆、加劲梁灌注混凝土增重和拓宽梁端桥面等措施。主梁简化代替。前者在结构