斜拉桥主塔施工过程风致抖振

% < = ’ ( / . > ( J @ 9L 7 1 ;4 9 2 7 2 3 : 1 6 9: 1 : G 2 7 2 7 2M : ; 9 = 0 4N G 0 10 = 3 @ 92 0 5 3 @1 : H 7 : O G 96 : O G 9 K 2 3 : 9 ; B B > B O 4 7 ; 90 =8 : 1 ? @ 0 5A : 4 7 ; 9: 36 0 1 2 3 4 5 6 3 7 0 12 3 : 9 * ] 1: 6 6 0 4 ; : 1 6 9L 7 3 @3 @ 96 0 1 2 3 4 5 6 3 7 0 1N 4 0 K > > BA > > 4 9 2 20 = 3 @ 9N G 0 1$ 3 @ 92 3 : 3 9 20 = 3 @ 9M 7 ; K G 0 12 @ : = 3 2O 9 = 0 4 93 @ 9 4 96 G 0 2 9 ;: 1 ;= 4 9 92 3 : 1 ; 7 1 = > B N B B: >0 3 @ 9N G 0 1: 4 9; 9 3 9 4 M 7 1 9 ;: 2 3 @ 96 0 1 3 4 0 G 2 3 : 3 9 20 =L 7 1 ;4 9 2 7 2 3 : 1 6 90 = 3 @ 9N G 0 1* J @ 9 = 7 1 7 3 99 G 9 M 9 1 3 B B $ M 0 ; 9 G 2 = 0 4 3 @ 9N G 0 1: 4 9 3 @ 9 19 2 3 : O G 7 2 @ 9 ; = 0 4 3 @ 9 3 L 0P 7 1 ; 20 = 3 @ 9 6 0 1 3 4 0 G 2 3 : 3 9 2 3 @ 9 3 7 M 9 K ; 0 M : 7 1 B : 1 : G 2 7 20 =L 7 1 ; K 7 1 ; 5 6 9 ;O 5 = = 9 3 7 1 1 ;2 3 : 3 7 6: 1 : G 2 7 20 = 3 @ 9L @ 0 G 96 0 1 2 3 4 5 6 3 7 0 1N 4 0 6 9 2 20 = 3 @ 9N K B >: B B $ G 0 1: 4 9 4 9 2 9 6 3 7 H 9 G : 4 4 7 9 ;0 5 3 : 1 ;3 @ 92 3 4 5 6 3 5 4 : G 2 : = 9 3 1 ;6 0 1 2 3 4 5 6 3 7 0 16 4 9 L2 : = 9 3 3 3 @ 96 0 1 K N B6 B: B: 2 3 4 5 6 3 7 0 12 3 : 90 = 3 @ 9N G 0 1: 4 99 H : G 5 : 3 9 ; * J @ 94 9 2 5 G 3 22 @ 0 L3 @ : 3 3 @ 9 3 9 1 2 7 G 92 3 4 9 2 20 = 3 @ 96 0 1 3 4 0 G > B 6 4 0 2 22 9 6 3 7 0 1 20 = 3 @ 9N G 0 10 = 3 @ 93 L 0P 7 1 ; 20 = 3 @ 96 0 1 3 4 0 G2 3 : 3 9 2 7 21 0 3> 4 9 : 35 1 ; 9 4; 9 2 7 1L 7 1 ; B > $ $ G 0 : ;: 3 3 @ 96 0 1 2 3 4 5 6 3 7 0 12 3 : 9: 1 ;3 @ 92 3 4 5 6 3 5 4 9L 7 G G1 0 3O 9; : M : 9 ; @ 0 L 9 H 9 4 3 @ 9: M G 7 3 5 ; 90 = N > > O 5 = = 9 3 7 1 3 3 @ 9 3 0 20 = 3 @ 9N G 0 12 @ : = 3 2: 1 ;3 @ 9R 7 9 P 9 M : 1 1 7 1 ; 9 E: 4 9 = : 7 4 G 4 9 : 3 * >: N B B> % # # # # ? $ " / # ’6 : O G 9 K 2 3 : 9 ;O 4 7 ; 9 N G 0 1 L 7 1 ; K 7 1 ; 5 6 9 ;O 5 = = 9 3 7 1 7 M 9 K ; 0 M : 7 1: 1 : G 2 7 2 2 : = 9 K B > B >3 B +@ 3 B A! 引 ! 言 随着 斜 拉 桥 跨 度 的 增 大$ 桥塔的高度也随之越 来越 高 & 法 国 诺 曼 底 大 桥 $ 主跨塔高’ ) ( M$ ! ) 日本多多罗大桥 $ 主跨 主塔高 ’ M# Q "M$ ’ "M& 我
B* B! 风荷载时域表达式 施工 阶 段 设 计 基 准 风 速 下 ! 进行桥塔抖振响应 分析时自激力量值 不 大 ! 静风力和抖振力是主要荷 载 " 因此 ! 本文不考虑自激力的作用 ! 结构所受到的
图 A! 桥塔施工节段划分及横撑布置
& 4 M $ : O " M . 4 6< 6 .百度文库% ’ 4 ’. 6 #) . , $ ( N . % * . ( 4 " 6" , + +_ 4 6 # : S 6 # * > $ #1 * , , $ ( 4 6 60 % " 6" ,; . = % $ : 7" + ) ( . $ #1 / 4 # $. (; " 6 ’ ( / * > ( 4 " 6) ( . $ + 7 7
’$ 立的一维风速场 # "
" 因此正确估计桥塔施工 架 设
期间抖振响应十分重要 " 杭州湾大桥全长 # 连接嘉兴和 宁 波 两 地 ! (P M! 地处我国台风频袭 的 浙 江 沿 海 地 区 ! 其南通航孔桥 为 . 形独塔 双 索 面 三 跨 连 续 半 漂 浮 体 系 钢 箱 梁 斜 拉桥 ! 全长 ) 跨径布置为 % &M! & -M! ! " "Y! ( "Y# ! 主塔高 ! Q %* #M" 本文 结 合 杭 州 湾 大 桥 南 通 航 孔 独 塔 斜 拉 桥 ! 对 桥塔施工过程中的控制阶段进行风致抖振时域分析 和施工全过程静力 分 析 ! 并根据分析结果对桥塔施 工过程中的安全性作出评价 " B! 桥塔施工过程抖振时域分析 南通航孔斜拉桥为 . 形 桥 塔 ! 塔柱施工节段划 分及横 ’ 竖撑 布 置 ! 见 图 !" 根 据 施 工 进 度 ! 将预计
( 文章编号 ! ! " ! " " #$% & ’ ’ ’ " " ( " )$" " ( -$" %
桥梁建设 !!’ " " ( 年第 ) 期
斜拉桥主塔施工过程风致抖振 时域分析及安全性评定
’ 狄 ! 谨!! 周绪红!! ! 张 ! 茜!
! 长安大学 "陕西 西安 & 兰州大学 "甘肃 兰州 & $ !* ! " " ( %# ’* # " " " " 摘 ! 要 !对杭州湾大桥南通航孔斜拉桥进行桥塔施工架设期间的抗风 分析 " 根据 桥塔施 工进 度确立中塔柱合拢前及桥塔自立状态为抗风控制状态 ! 针对 ’ 种施工控制状态建立有限元模型 ! 分 别进行了抖振时域分析及施工阶段全过程静力分析 ! 并 对桥塔 在 施 工 过 程 中 结 构 和 施 工 人 员 安 全 进行了评价 " 结果表明 # 施工阶段设计风荷载作用下 ! ’ 种抗风控 制状 态桥塔 控制截 面拉应 力都 不 大! 结构不会出现损伤 $ 但塔柱顶部抖振振幅及狄克曼指标都较大 " 关键词 !斜拉桥 $ 桥塔 $ 风致抖振 $ 时域分析 $ 安全性 中图分类号 !, % % -* ’ &# , % % !* # 文献标识码 !.
表 A! 风场模拟计算的主要参数
参数 截止频率 频率等分数 采样时距 采样时间 参数值 * : ; 2 34 , 5 NT% 参数 相干系数 基本风速 剖面指数 水平风谱 参数值 ! " * # %* -M 2 "* ! ’ b : 7 M : G谱
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; > T"* ’ )2
7T) ! ’2
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台风期内桥塔的 ’ 个 抗 风 最 不 利 状 态 ( 塔柱即将合 拢阶段和桥塔自立 阶 段 ! 作为桥塔抗风分析的施工 控制状态 " 对中塔柱即将合拢状态和桥塔自立状态有限元 模型进行以下分析 ( 施工阶段设计风荷载下 ! 来流风 偏角分别为*T" % 横桥向风 & ’ 及Q % 顺桥向风 & d % ) d " d 情况下的风致抖振 响 应 分 析 ) 施工阶段全过程静力 分析 ! 即是在考虑施工过程的情况下 ! 分别对塔柱即 将合拢状态 ’ 桥塔 自 立 状 态 在 施 工 荷 载 ’ 自 重’ 收缩 徐变以及整体降温 ! ) l 的荷载工况进行分析 " 采用大型通用软件 .U F [ F 对桥塔进行动力特 性及风荷载抖振响 应 分 析 ) 同时采用桥梁结构专业 软件进行桥塔施工阶段全过程静力分析 " B* A! 脉动风场模拟 B* A* A! 风场简化 桥梁结构周围的大气湍流实质上是一个随机风 场! 桥跨上任一点的风可以分解为 ( 水平方向平均风 平行于 平 均 风 方 向 的 脉 动 风 分 量 *% 速@! #! A! $! & ! 垂直于平均风方向的竖向脉动风分量 B% > #! A! $! & 及横向 脉 动 风 分 量 C% & "通常将该随机 > #! A! > $! 风场看作是 ! 个三 维 多 变 量 的 平 稳 高 斯 随 机 过 程 " 由于自然风的 # 个 方 向 脉 动 分 量 间 的 相 关 性 较 弱 ! 实际应用中通常不考虑风速在 # 个方向之间的相关 性! 从而将理论上三 维 相 关 的 风 速 场 简 化 为 # 个 独
( Q
国在建的主跨!" 主塔高’ -M 的苏通长江大桥 ! Q 高塔裸塔状态的抗 风 稳 定 性 ! 已成为重大 M" 目前 ! 的工程问题引起很 多 工 程 师 的 注 意 ! 但对于桥塔施 工过程中的抗风问题研究还很少 " 桥梁结构抗风动力分析包 括 颤 振 和 抖 振 分 析 ’ 个最基本的方面 ! 通过优化桥梁断面形式和提高结 构刚度 ! 现已基本可 以 避 免 大 跨 桥 梁 颤 振 现 象 的 发 生 " 而抖振在任何 风 速 下 都 会 发 生 ! 虽然不会引起 灾难性的破坏 ! 但是 过 大 的 抖 振 在 施 工 期 间 可 能 引 起结构物损伤 ! 危及施工机械和人员的安全 ! 而在成 桥运营期间则会影响行人和车辆的舒适度和缩短部 分构件的疲劳寿命
桥塔 为 竖 向 线 状 结 构 ! 可以忽略竖向脉动分量
’$ & 的作用 # " 另外 ! 由于混凝土桥塔刚度 B% #! A! > $! & 引起的桥塔振 相对较大 ! 横向脉动分量 C% #! A! > $!
动很小 ! 也可以 忽 略 " 本 文 中 只 考 虑 平 行 于 平 均 风 & 的作用 " 方向的脉动分量 *% #! A! > $! B* A* B! 随机风场模拟 !$ 本文采用谐波 合 成 法 # 模 拟 脉 动 风! 风场模拟 计算的主要参数见表 !" 基本风速 按 南 通 航 孔 斜 拉 桥施工阶段抗风设计标准取值 ! 重现期为 # "年"
收稿日期 ! ’ " " ($" -$! 作者简介 !狄 ! 谨 ! $ 男$ 副教授 $ 工学硕 ! Q & ’$ " ! Q Q # 年毕业于长沙理工大学水利水电工程建筑专业 $ ! Q Q ( 年毕业于湖南大学结 构 工 程 专 业 $ 士$ 现为长安大学公路学院桥梁工程系博士研究生 &
斜拉桥主塔施工过程风致抖振时域分析及安全性评定 !! 狄 ! 谨 ! 周绪红 ! 张!茜
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! $ # $ " !* / @ : 1 m : 1, 1 7 H 9 4 2 7 3 ‘ 7 m : 1& ! " " ( %$ / @ 7 1 : ’* c : 1 ? @ 0 5, 1 7 H 9 4 2 7 3 c : 1 ? @ 0 5& # " " " "$ / @ 7 1 : > B B