台风区双孔连做造桥机风振效应研究
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文章编号： （ ） １００９ ４５３９ ２０２１ ０６ ００４５ ０５
台风区双孔连做造桥机风振效应研究
毕监江
（中国铁建大桥工程局集团有限公司 天津 ） ３００３００
摘 要：本文对双孔连做造桥机结构风振响应进行研究，为造桥机设计提供理论依据。以平潭海峡公铁两用大桥
双孔连做造桥机为研究对象，采用 ＭＩＤＡＳ ＣＩＶＩＬ 软件建立造桥机有限元模型，通过加载脉动风速时程荷载分析
： Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｉｐｌｏｐｏｒｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ， ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｔｏｏｋ ｄｉｐｌｏｐｏｒｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｉｎｇｔａｎ Ｓｔｒａｉｔ ｒｏａｄ ， ｒａｉｌ ｄｕａｌｕｓｅ ｂｒｉｄｇｅ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ＭＩＤＡＳ ＣＩＶＩＬ． Ｔｈｅ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｗｉｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｄｉｐｌｏｐｏｒｅ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ Ｂｒｉｄｇｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎ Ｔｙｐｈｏｏｎ Ａｒｅａ
ＢＩ Ｊｉａｎｊｉａｎｇ
（ ， ， ） Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ． Ｌｔｄ． Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３００ Ｃｈｉｎａ
速；ａ 为与地面粗糙程度有关的系数［９－ 。］１０
将脉动风速与平均风速叠加，考虑造桥机工作
高度与结构体型，采用公式计算造桥机机体结构所
受风压与风力，生成风力时程数据，作为分析造桥
机“停机抗台状态”与“过孔状态”时的结构响应激
振数据。风力时程曲线如图 ６ 所示。
图 ５ 台风风速时程曲线
３．３ 风的时程荷载计算
铁道建筑技术 （ ） ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ０６
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毕监江：台风区双孔连做造桥机风振效应研究
往往会产生较大的振动变形。在风工程中将风载分 料主要分为三种钢材型号，其中主桁结构与下托梁
为两部分，即低频长周期的平均风载以及高频短周期 结构全部采用 Ｑ４２０ 型钢材，横向连接结构采用
图 ４ 模拟台风玫瑰图
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（２）台风 Ｂ：风向呈北—东北随机变化，出现当日 最大脉动风速 ４３． ８ ｍ／ ｓ，温度 １１． ３ ℃，如图 ４ｂ 所示。 ３．２ 脉动风速模拟
４９ ２３ ｍ／ 、ｓ ４３． ８ ｍ／ ｓ 风速在 ０°与 ９０°风攻角条件下造桥机停机状态与过孔状态结构的振动响应。研究结果表明：
停机状态下，横风振动频率大于顺风振动频率，横风振动引起的杆件内力峰值较大；过孔状态下，横风振动频率小
于顺风振动频率，横风振动引起的杆件内力峰值亦较大。过孔状态横风振动，结构杆件主要以横向位移为主，竖向
结构某位置处的实际风压力。根据体型和 高度的
不同对风压进行修正，得出作用在工程结构上的风
荷载：
（） （） （） （） Ｐｓ ｚ ＝ μｓ ｚ μｚ ｚ ω０Ａ ｚ
（２）
图 ６ 风力时程曲线
３．４ 计算参数设定 造桥机风振响应分析采用振型叠加法，时程类型
选择为顺态，分析时间为 ２００ ｓ，分析步长选取 ０． １ ｓ。 根据国内外钢结构振动研究经验，振型阻尼比取０． 。０３
的脉动风载。平均风载由速度、方向基本不随时间变 Ｑ３４５ 钢材。钢材弹性模量取 ２． ０６ × １０５ ＭＰａ，泊松
化的稳定气流产生，对结构的作用可等效成静力作 比取 ０． ３。造桥机有限元模型如图 ３ 所示。
用；脉动风载由风速、风向随时空随机变化的风所产
生，在脉动风作用下，结构在顺向及横向会产生风
通过选取最大脉动风速出现的时域作为振动 响应分析数据，采用 ＯｒｉｇｉｎＰｒｏ ２０１８ 函数绘图软件对 ２００ ｓ 区间的脉动风速进行数据处理，生成风速时程 曲线，如图 ５ 所示。
式中：ω０ 为基本风压，以当地比较空旷平坦地面上 离地 １０ ｍ 高度统计所得的 ５０ 年一遇 １０ ｍｉｎ 平均
最大风速
， ｓｐｅｅｄ ｔｉｍｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ｌｏａｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｏｐｐｅｄ ｓｔａｔｅ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ， ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｄｏｗｎｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｄ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｗｉｎｄ ； ， ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｎｇ ｈｏｌｅ ｓｔａｔｅ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｔｈｅ ， ｄｏｗｎｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｄ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ． Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｉｎｇ ， ， ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｎｇ ｈｏｌｅ ｓｔａｔｅ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｃｃｕｒｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｅｍｂｅｒｓ ｍａｉｎｌｙ ａｐｐｅａｒ ｌａｔｅｒａｌｌｙ ， ； ， ｄｉｓｐｌａｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｓ ｓｍａｌｌ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｏｗｎｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｃｃｕｒｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｅｍｂｅｒｓ ｍａｉｎｌｙ ， ， ， ａｐｐｅａｒ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｔｏｒｓｉｏｎ ｅｔｃ． Ｔｈｅ ｂｏｄｙ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ， ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｈａｖｅ ｎｏ ｄａｍａｇｅ ａｎｄ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓａｆｅｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｙｐｈｏｏｎ． ： ； ； ； Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｄｉｐｌｏｐｏｒｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｉｎｄ ｌｏａｄ ｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｔｙｐｈｏｏｎ ａｒｅａ
根据计算结果对造桥机结构风振响应进行分析，为今 ３．１ 台风数据选取
后造桥机结构抗台风设计及应用提供理论支撑。
为分析造桥机机体结构风振响应，选取平潭海
２ 造桥机结构及有限元仿真模型
峡地区 ２０１０ 至 ２０１２ 年期间海上典型台风数据作为 结构风振的激振源，采用台风最大风速作为模拟初
（１）造桥机整体结构
振［２ － ３］。以往研究表明，对于非圆形截面风振内力
中，横风与顺风响应明显，不容忽视。本文以双孔连
做造桥机在平潭海峡公铁两用大桥应用为工程背景， 采用平潭海峡台风 ２０１０ 年至 ２０１２ 年的实测数据生 成时程风速，模拟双孔连做造桥机的风振响应，最后
图 ３ 双孔连做造桥机有限元模型
３ 脉动风荷载模拟
ν０
求得，ω０
＝
１
； ν２０
６００
μｓ
为风载体型系数，
通过现场风压实测所得，将造桥机各构件按测压孔
位置划分 ｎ 块，将测点的 Ｃｐｉ值对应面积加权平均所
ｎ
得， 。 为风压高度变化系数， ∑ＣＰｉΔＡｉ
μｓ ＝ ｉ ＝１ Ａ
μｚ
μｚ ＝
ａ
νｚ ν１
＝
ｚ ｚ１
， 、ｚ１ ν１
分别为标准高度及该处的平均风
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分析时考虑机体结构自重，不考虑非线性对计算结 果的影响。 ３．５ 风荷载加载方式
考虑造桥机最不利状态受风角度为水平风攻 角 ０°（横风振动）与竖向风攻角 ９０°（顺风振动），风 荷载迎风总面积达 ６３１． ２ ｍ２。通过风压计算导出 总风力，根据造桥机结构模型上弦与下弦单元共划 分为 ３２０ 个迎风面作为气流与机体结构近似接触位 置（加载位置），并按照停机及过孔两种结构状态进 行加载。其中包括：（１）造桥机停机状态，气流与结 构横向接触，风向为水平风攻角 ０°；（２）造桥机停机 状态，气流与结构竖向接触，风向为垂直风攻角 ９０°；（３）造桥机过孔状态，气流与结构横向接触，风 向为水平风攻角 ０°；（４）造桥机过孔状态，气流与结 构竖向接触，风向为垂直风攻角 ９０°
位移较小；顺风振动结构杆件主要以竖向位移为主，未发生整体偏移、扭转等现象。造桥机各构件均未要求。
关键词：双孔连做造桥机 风荷载 风振效应 台风区
中图分类号： ； 文献标识码： ： Ｕ４４５． ３６ ＴＵ９７３ ＋ ． ２１３
Ａ ＤＯＩ １０． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００９４５３９． ２０２１． ０６． ０１０
采用伯努利（Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ）方程考虑不可压缩理想
流体风压与风速关系，将风速时程数据转换为风
压。具体风荷载转换计算方法为：
ω
＝
１ ２
ρν２
（１）
式中：ω 为单位面积风荷载即风压；ρ 为流体密度；ν
为流体速度。
工程结构形式多样，结构上各点所处的高度也
各有不同，因此在进行风速风压转换时需考虑结构
体型的变化以及结构不同点的高度差异，才可求出
ＳＰＺ２７００ ×２ ／ ６４ 型双孔连做造桥机结构几何模型如 如图 ４ａ 所示。
图 １ 所示，主桁上下弦杆件截面如图 ２ 所示［７－ 。８］
图 １ 双孔连做造桥机几何模型（单位：ｍｍ）
图 ２ 主桁上下弦杆件截面（单位：ｍｍ）
（２）结构仿真模型 采用有限元分析软件 Ｍｉｄａｓ ｃｉｖｉｌ，根据造桥机 结构几何特性，采用杆系单元建立主桁结构，模型 总共由 ４ １８０ 个单元和 １ ６８４ 个节点组成。结构材
始数据。文中采用的台风实测数据分为两类，具体
造桥机采用下承式结构，由主桁系统、下托梁 描述如下：
系统、托轮系统、提梁龙门吊、后端临时支腿、前导 （１）台风 Ａ：风向呈东南—东—东北随机变化，
梁、液压系统和电气控制系统等部分组成［４－ 。６］ 出现当日最大脉动风速 ４９． ２３ ｍ／ ｓ，温度 ３３． １ ℃，
１ 引言
式结构以及桥梁等高耸轻柔结构［１］。造桥机作为 大型施工机械设备，其跨度以及构件长细比较大，
目前，风振响应的计算分析主要针对楼房、塔 属柔性体系，振动周期较长，在风荷载动力作用下
收基作稿金者日项简期目介：：：２限天毕０２公津监１司市江０科科（３１技技９７１研开８６—究发）开计，男发划，课项山题目东（（荣１Ｄ９成ＱＹＪ人Ｄ２Ｌ０，１高Ｚ９Ｓ级ＦＢ０２工０４０）程３０师）；，中主国要铁从建事股道份路有与限桥公梁司工科程技技开术发方计面划的项工目作（；２０Ｅ１８ｍａＣｉｌ０：５ｇ）ｃ；ｈ中ｇｌ＠国１铁６３建． ｃ大ｏｍ桥工程局集团有
ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｏｐｐｅｄ ｓｔａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｎｇ ｈｏｌｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ４９． ２３ ｍ ／ ｓ ａｎｄ ４３． ８ ｍ ／ ｓ ａｔ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ａｔｔａｃｋ ａｎｇｌｅ ｏｆ ０° ａｎｄ ９０° ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｌｏａｄｉｎｇ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｗｉｎｄ
台风区双孔连做造桥机风振效应研究
毕监江
（中国铁建大桥工程局集团有限公司 天津 ） ３００３００
摘 要：本文对双孔连做造桥机结构风振响应进行研究，为造桥机设计提供理论依据。以平潭海峡公铁两用大桥
双孔连做造桥机为研究对象，采用 ＭＩＤＡＳ ＣＩＶＩＬ 软件建立造桥机有限元模型，通过加载脉动风速时程荷载分析
： Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｉｐｌｏｐｏｒｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ， ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｔｏｏｋ ｄｉｐｌｏｐｏｒｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｉｎｇｔａｎ Ｓｔｒａｉｔ ｒｏａｄ ， ｒａｉｌ ｄｕａｌｕｓｅ ｂｒｉｄｇｅ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ＭＩＤＡＳ ＣＩＶＩＬ． Ｔｈｅ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｗｉｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｄｉｐｌｏｐｏｒｅ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ Ｂｒｉｄｇｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎ Ｔｙｐｈｏｏｎ Ａｒｅａ
ＢＩ Ｊｉａｎｊｉａｎｇ
（ ， ， ） Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ． Ｌｔｄ． Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３００ Ｃｈｉｎａ
速；ａ 为与地面粗糙程度有关的系数［９－ 。］１０
将脉动风速与平均风速叠加，考虑造桥机工作
高度与结构体型，采用公式计算造桥机机体结构所
受风压与风力，生成风力时程数据，作为分析造桥
机“停机抗台状态”与“过孔状态”时的结构响应激
振数据。风力时程曲线如图 ６ 所示。
图 ５ 台风风速时程曲线
３．３ 风的时程荷载计算
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毕监江：台风区双孔连做造桥机风振效应研究
往往会产生较大的振动变形。在风工程中将风载分 料主要分为三种钢材型号，其中主桁结构与下托梁
为两部分，即低频长周期的平均风载以及高频短周期 结构全部采用 Ｑ４２０ 型钢材，横向连接结构采用
图 ４ 模拟台风玫瑰图
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毕监江：台风区双孔连做造桥机风振效应研究
（２）台风 Ｂ：风向呈北—东北随机变化，出现当日 最大脉动风速 ４３． ８ ｍ／ ｓ，温度 １１． ３ ℃，如图 ４ｂ 所示。 ３．２ 脉动风速模拟
４９ ２３ ｍ／ 、ｓ ４３． ８ ｍ／ ｓ 风速在 ０°与 ９０°风攻角条件下造桥机停机状态与过孔状态结构的振动响应。研究结果表明：
停机状态下，横风振动频率大于顺风振动频率，横风振动引起的杆件内力峰值较大；过孔状态下，横风振动频率小
于顺风振动频率，横风振动引起的杆件内力峰值亦较大。过孔状态横风振动，结构杆件主要以横向位移为主，竖向
结构某位置处的实际风压力。根据体型和 高度的
不同对风压进行修正，得出作用在工程结构上的风
荷载：
（） （） （） （） Ｐｓ ｚ ＝ μｓ ｚ μｚ ｚ ω０Ａ ｚ
（２）
图 ６ 风力时程曲线
３．４ 计算参数设定 造桥机风振响应分析采用振型叠加法，时程类型
选择为顺态，分析时间为 ２００ ｓ，分析步长选取 ０． １ ｓ。 根据国内外钢结构振动研究经验，振型阻尼比取０． 。０３
的脉动风载。平均风载由速度、方向基本不随时间变 Ｑ３４５ 钢材。钢材弹性模量取 ２． ０６ × １０５ ＭＰａ，泊松
化的稳定气流产生，对结构的作用可等效成静力作 比取 ０． ３。造桥机有限元模型如图 ３ 所示。
用；脉动风载由风速、风向随时空随机变化的风所产
生，在脉动风作用下，结构在顺向及横向会产生风
通过选取最大脉动风速出现的时域作为振动 响应分析数据，采用 ＯｒｉｇｉｎＰｒｏ ２０１８ 函数绘图软件对 ２００ ｓ 区间的脉动风速进行数据处理，生成风速时程 曲线，如图 ５ 所示。
式中：ω０ 为基本风压，以当地比较空旷平坦地面上 离地 １０ ｍ 高度统计所得的 ５０ 年一遇 １０ ｍｉｎ 平均
最大风速
， ｓｐｅｅｄ ｔｉｍｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ｌｏａｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｏｐｐｅｄ ｓｔａｔｅ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ， ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｄｏｗｎｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｄ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｗｉｎｄ ； ， ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｎｇ ｈｏｌｅ ｓｔａｔｅ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｔｈｅ ， ｄｏｗｎｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｄ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ． Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｉｎｇ ， ， ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｎｇ ｈｏｌｅ ｓｔａｔｅ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｃｃｕｒｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｅｍｂｅｒｓ ｍａｉｎｌｙ ａｐｐｅａｒ ｌａｔｅｒａｌｌｙ ， ； ， ｄｉｓｐｌａｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｓ ｓｍａｌｌ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｏｗｎｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｃｃｕｒｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｅｍｂｅｒｓ ｍａｉｎｌｙ ， ， ， ａｐｐｅａｒ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｔｏｒｓｉｏｎ ｅｔｃ． Ｔｈｅ ｂｏｄｙ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ， ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｈａｖｅ ｎｏ ｄａｍａｇｅ ａｎｄ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓａｆｅｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｙｐｈｏｏｎ． ： ； ； ； Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｄｉｐｌｏｐｏｒｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｂｒｉｄｇｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｉｎｄ ｌｏａｄ ｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｔｙｐｈｏｏｎ ａｒｅａ
根据计算结果对造桥机结构风振响应进行分析，为今 ３．１ 台风数据选取
后造桥机结构抗台风设计及应用提供理论支撑。
为分析造桥机机体结构风振响应，选取平潭海
２ 造桥机结构及有限元仿真模型
峡地区 ２０１０ 至 ２０１２ 年期间海上典型台风数据作为 结构风振的激振源，采用台风最大风速作为模拟初
（１）造桥机整体结构
振［２ － ３］。以往研究表明，对于非圆形截面风振内力
中，横风与顺风响应明显，不容忽视。本文以双孔连
做造桥机在平潭海峡公铁两用大桥应用为工程背景， 采用平潭海峡台风 ２０１０ 年至 ２０１２ 年的实测数据生 成时程风速，模拟双孔连做造桥机的风振响应，最后
图 ３ 双孔连做造桥机有限元模型
３ 脉动风荷载模拟
ν０
求得，ω０
＝
１
； ν２０
６００
μｓ
为风载体型系数，
通过现场风压实测所得，将造桥机各构件按测压孔
位置划分 ｎ 块，将测点的 Ｃｐｉ值对应面积加权平均所
ｎ
得， 。 为风压高度变化系数， ∑ＣＰｉΔＡｉ
μｓ ＝ ｉ ＝１ Ａ
μｚ
μｚ ＝
ａ
νｚ ν１
＝
ｚ ｚ１
， 、ｚ１ ν１
分别为标准高度及该处的平均风
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毕监江：台风区双孔连做造桥机风振效应研究
分析时考虑机体结构自重，不考虑非线性对计算结 果的影响。 ３．５ 风荷载加载方式
考虑造桥机最不利状态受风角度为水平风攻 角 ０°（横风振动）与竖向风攻角 ９０°（顺风振动），风 荷载迎风总面积达 ６３１． ２ ｍ２。通过风压计算导出 总风力，根据造桥机结构模型上弦与下弦单元共划 分为 ３２０ 个迎风面作为气流与机体结构近似接触位 置（加载位置），并按照停机及过孔两种结构状态进 行加载。其中包括：（１）造桥机停机状态，气流与结 构横向接触，风向为水平风攻角 ０°；（２）造桥机停机 状态，气流与结构竖向接触，风向为垂直风攻角 ９０°；（３）造桥机过孔状态，气流与结构横向接触，风 向为水平风攻角 ０°；（４）造桥机过孔状态，气流与结 构竖向接触，风向为垂直风攻角 ９０°
位移较小；顺风振动结构杆件主要以竖向位移为主，未发生整体偏移、扭转等现象。造桥机各构件均未要求。
关键词：双孔连做造桥机 风荷载 风振效应 台风区
中图分类号： ； 文献标识码： ： Ｕ４４５． ３６ ＴＵ９７３ ＋ ． ２１３
Ａ ＤＯＩ １０． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００９４５３９． ２０２１． ０６． ０１０
采用伯努利（Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ）方程考虑不可压缩理想
流体风压与风速关系，将风速时程数据转换为风
压。具体风荷载转换计算方法为：
ω
＝
１ ２
ρν２
（１）
式中：ω 为单位面积风荷载即风压；ρ 为流体密度；ν
为流体速度。
工程结构形式多样，结构上各点所处的高度也
各有不同，因此在进行风速风压转换时需考虑结构
体型的变化以及结构不同点的高度差异，才可求出
ＳＰＺ２７００ ×２ ／ ６４ 型双孔连做造桥机结构几何模型如 如图 ４ａ 所示。
图 １ 所示，主桁上下弦杆件截面如图 ２ 所示［７－ 。８］
图 １ 双孔连做造桥机几何模型（单位：ｍｍ）
图 ２ 主桁上下弦杆件截面（单位：ｍｍ）
（２）结构仿真模型 采用有限元分析软件 Ｍｉｄａｓ ｃｉｖｉｌ，根据造桥机 结构几何特性，采用杆系单元建立主桁结构，模型 总共由 ４ １８０ 个单元和 １ ６８４ 个节点组成。结构材
始数据。文中采用的台风实测数据分为两类，具体
造桥机采用下承式结构，由主桁系统、下托梁 描述如下：
系统、托轮系统、提梁龙门吊、后端临时支腿、前导 （１）台风 Ａ：风向呈东南—东—东北随机变化，
梁、液压系统和电气控制系统等部分组成［４－ 。６］ 出现当日最大脉动风速 ４９． ２３ ｍ／ ｓ，温度 ３３． １ ℃，
１ 引言
式结构以及桥梁等高耸轻柔结构［１］。造桥机作为 大型施工机械设备，其跨度以及构件长细比较大，
目前，风振响应的计算分析主要针对楼房、塔 属柔性体系，振动周期较长，在风荷载动力作用下
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