悬索桥抗风综述

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大跨径悬索桥风致振动及抗风措施

大跨径悬索桥风致振动及抗风措施

大跨径悬索桥风致振动及抗风措施摘要:悬索桥以主缆为主要承重结构具有跨越能力大、雄伟壮观、造型优美等优点而成为大跨径桥梁结构首选桥型之一。

但随着跨度的增大,悬索桥的刚度变小,对风的敏感性越来越大,对抗风要求也越来越高。

大跨度悬索桥在风荷载的作用下,主要构件会产生各种形式的振动。

简述了国内外悬索桥抗风的发展和研究历史,分析了悬索桥风致振动的形式,并提出增强结构刚度、抑制风致振动的抗风措施。

关键词:大跨径悬索桥、风致振动、抗风措施1 前言悬索桥是以缆索为主要承重结构的桥梁结构,由于其强大的跨越能力,成为跨越宽大江河、海湾的首选桥型之一。

我国修建悬索桥的历史久远,早在千年之前,四川就已出现竹索桥。

明清时期,在我国西南地区,修建有诸多铁索桥,有些索桥至今仍在使用,著名于世的有贵州盘江桥和四川泸定桥。

在国外,也存在古老的悬索桥,如麦地海峡桥和克里夫顿桥。

20世纪初,国外欧美等国家经历了工业革命,加上悬索桥计算理论的初步形成,使悬索桥得到迅速的发展。

由于缺乏对空气动力学的研究,1940年,美国塔科马桥被风摧毁而倒塌。

此后十年,悬索桥的建设进入了停滞期。

在塔科马老桥风毁后,人们意识到悬索桥抗风设计的重要性,开始进行很多风洞试验以探索悬索桥抗风措施。

抗风研究阶段后,世界各国为了适应日益增长的交通量和经济发展,兴起了修建大跨径悬索桥的高峰。

我国在90年代后,国家加强基础建设水平,悬索桥的发展迅猛,东南沿海地区地区和长江内河等地修建了诸多大跨度的悬索桥,如今建设已经走在了世界的前列。

但悬索桥由于跨径的增大,刚度减小,柔性问题突出,承受风荷载的能力逐渐减小,极易被风摧毁。

悬索桥的风毁破坏属于脆性破坏,破坏前是难以预测和预警。

因此,深入了解桥梁与风作用后效应,进行科学合理的抗风设计,采取有效的抗风措施提高桥梁的抗风能力,对于悬索桥的建设和发展具有十分积极的现实意义。

2 大跨度悬索桥风致振动形式风是指空气由于太阳加热不均匀而引起的流动,具有一定的速度与方向。

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究大跨径悬索桥是一种重要的桥梁结构,具有结构简洁、承载能力大等优点,因此在现代桥梁工程中得到广泛应用。

在其施工和成桥阶段,由于结构特点以及环境条件等因素的影响,悬索桥具有较高的抗风要求。

对大跨径悬索桥施工及成桥阶段的抗风措施进行研究,对于确保悬索桥工程的安全和顺利进行具有重要意义。

悬索桥的施工和成桥阶段是其整个工程过程中最为关键的阶段。

在这个阶段,结构受到外部环境的影响较大,尤其是风力的影响。

由于悬索桥结构本身具有较大的自重和灵敏度,一旦受到大风的影响,可能会发生结构破坏,导致严重的安全事故。

在施工和成桥阶段,必须采取一系列的抗风措施,以确保悬索桥工程的安全可靠性。

针对大跨径悬索桥施工阶段的抗风措施,需要从结构的设计和施工工艺两方面进行考虑。

在结构的设计方面,可以采用风洞试验等手段,对悬索桥结构在风力作用下的响应进行研究,并根据试验结果进行结构设计的优化。

在施工工艺方面,可以采取加强材料、加固结构等措施,以提高悬索桥结构的抗风性能。

针对大跨径悬索桥成桥阶段的抗风措施,需要考虑结构的稳定性和安全性。

在这个阶段,悬索桥结构通常处于未完全固定的状态,如果受到大风的冲击,可能会引发结构的摇晃和振动,从而导致结构的破坏。

在成桥阶段,需要采取临时加固措施,以提高悬索桥结构的抗风性能。

除了上述的抗风措施之外,还需要对悬索桥的施工和成桥过程进行系统的监测和控制。

通过实时监测结构的变形和位移等参数,可以及时发现结构的异常情况,并采取相应的措施进行处理,以保证悬索桥工程的安全进行。

需要指出的是,对于大跨径悬索桥的施工及成桥阶段抗风措施的研究,还存在一些问题亟待解决。

如何有效地进行结构的抗风设计和施工工艺的改进,如何在成桥阶段确保结构的稳定性和安全性等。

需要加强相关研究工作,不断提高大跨径悬索桥工程的抗风性能,确保工程的安全可靠性。

悬索桥抗风综述4700字

悬索桥抗风综述4700字

悬索桥抗风综述4700字摘要: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断面(Airfoil or Aerofoil Section)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。

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2 000m的世界第一的明石海峡大桥。

大型Z字钢悬索桥结构的抗风性能研究

大型Z字钢悬索桥结构的抗风性能研究

大型Z字钢悬索桥结构的抗风性能研究随着城市发展和交通规模的不断扩大,大型桥梁工程在现代交通建设中扮演着重要角色。

悬索桥作为一种常见的桥梁形式,以其优良的抗风性能且具有美观的外观,成为了高速公路和铁路等交通枢纽的首选。

本文将对大型Z字钢悬索桥的抗风性能进行研究。

大型Z字钢悬索桥是一种特殊结构的桥梁,其主梁呈现Z字型。

相较于传统的I型悬索桥,Z字钢悬索桥结构能够更好地抵抗风力的作用。

然而,在实际的工程应用中,仍然需要对其抗风性能进行研究和分析,以确保桥梁的安全性和稳定性。

首先,通过对大型Z字钢悬索桥结构在风洞实验室中进行模拟试验,得出了桥梁在不同风速下的应变、振动等参数。

实验结果表明,大型Z字钢悬索桥采用的结构设计具有良好的抗风能力。

通过增加桥面的抗风减振措施,如调整悬索索的间距、增加支撑结构等,可以进一步提高悬索桥的抗风性能。

其次,利用数值模拟方法对大型Z字钢悬索桥结构进行风力分析,得出了桥梁在不同风速下的应力、变形等参数。

数值模拟结果与实验结果相一致,证明了大型Z字钢悬索桥结构的可靠性和稳定性。

同时,数值模拟还能够提供更详细的桥梁受力情况,为桥梁设计和加固提供了理论支持。

然后,基于研究结果,对大型Z字钢悬索桥结构的抗风性能进行了分析和评估。

从结构刚度、桥面平整度、自振频率等方面考虑,大型Z字钢悬索桥具有较高的抗风能力,能够承受强风的作用。

然而,在一些特殊地域或气象条件下,仍需要进行进一步的抗风设计和改进,以保证桥梁在恶劣环境中的安全运行。

最后,针对大型Z字钢悬索桥结构的抗风性能研究结果,提出了一些改进和优化建议。

首先,可以通过增加桥梁的自振频率,降低桥梁受到风力的激励。

其次,可以采用更先进的材料和工艺,提高桥梁的抗风能力和结构稳定性。

最后,建议对大型Z字钢悬索桥进行定期的检测和维护,以确保桥梁长期运行的安全性和可靠性。

综上所述,大型Z字钢悬索桥结构具有很好的抗风性能,通过实验和数值模拟的研究,得出了桥梁在不同风速下的应力、应变、振动等参数。

某人行悬索桥抗风性能初步研究

某人行悬索桥抗风性能初步研究

建设标准化/C o n s t r u c t i o n S t a n d a r d i z a t i o n38(中南林业科技大学 土木工程学院,湖南 长沙 410004)摘要:为更好地抵御风荷载,文章基于Midas软件建立了某人行悬索桥的有限元模型。

研究表明:抗风缆能有效地限制人行悬索桥的侧向位移,显著提高桥梁各关键振型的频率。

关键词:人行悬索桥;抗风;动力特性某人行悬索桥抗风性能初步研究谢 娟随着旅游业的蓬勃发展,人行悬索桥广泛应用于各大景区,例如张家界玻璃桥、天蒙人行悬索桥等。

随着跨度增加、宽度变窄,桥梁抗风性能成为设计中的首要问题,已建工程中常设置抗风缆来抵抗风荷载。

靳帮虎研究了不同风速下施加抗风缆对结构位移与扭转角度的影响;方治华等进行了抗风缆对大跨度悬索桥抗风静力效果研究;魏志刚等研究了抗风缆对大跨度悬索桥颤振控制的有效性;何晗欣等分析了抗风缆对大跨度悬索桥动力特性的影响。

本文以某人行悬索桥为例,采用Midas软件对人行悬索桥抗风性能进行初步研究。

图1 某人行悬索桥结构布置图1 工程背景某人行悬索桥是一座双塔单跨人行悬索桥。

主跨195 m,桥宽2.5m(如图1所示)。

主缆矢跨比1/12,吊杆水平间距2 m。

主缆由7根直径为46 mm(6X19+IWR)的钢芯钢丝绳组成,锚碇采用重力式锚,加劲梁为纵横梁形式,桥面铺设钢化夹胶玻璃,桥塔为钢筋混凝土结构,基础采用刚性扩大基础。

2 动力计算模型本文采用midas civil软件建模(如图2所示)。

其中,主缆、吊杆、抗风主索、抗风拉索采用只受拉单元模拟;加劲梁与桥塔采用梁单元模拟。

桥塔根部和主缆锚碇处采用完全固结;桥塔顶端与主缆采用刚性连接;加劲梁端部释放顺桥向平动、绕横桥向转动。

利用特征值分析中的Lanczos法进行模态分析,得到主梁成桥状态下的结构动力特性见表1所示。

(1) 基本结构 (2) 基本结构+抗风缆图2 有限元模型表1 未设抗风缆方案结构前12阶自振特性阶次频率/ HZ振型描述10.1461一阶正对称侧弯20.2136一阶反对称竖弯30.2452一阶反对称侧弯40.2975一阶反对称竖弯50.3367二阶正对称侧弯60.3413一阶正对称竖弯70.3460一阶反对称扭转80.4296二阶反对称侧弯90.4331一阶正对称扭转100.4656一阶正对称竖弯110.5215三阶正对称侧弯120.5472二阶反对称竖弯3 人行悬索桥抗风初步分析3.1 基本风速根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360-01-2018),长沙市100年重现期的基本风速值为U10=28.2m/s。

桥梁风工程研究综述

桥梁风工程研究综述

桥梁风工程研究综述公路桥梁建设己进入了大跨度时代,斜拉桥的主跨已达1088m(苏通长江大桥),悬索桥的主跨己接近2000m的跨度(日本的明石海峡大桥)。

大跨度桥梁有“塔高、跨大、索长、质轻、结构柔、阻尼弱”的特点,因而,风荷载往往是大跨度桥梁设计的控制因素。

桥梁受到风的作用,历史上发生过10多起没有恰当考虑风的作用而“风至桥塌”的事故。

在这些事故中,美国塔科马桥(Tacoma)的垮塌震惊了世界桥梁界,使人们认识到大跨度桥梁设计只考虑静态风荷载还远远不够,一定还存在风致振动机理威胁着桥梁的安全,并由此促成了风工程这一边缘学科的兴起和发展。

1.桥梁结构风振振害当桥梁结构的刚度较大时,结构保持静止不动,这种空气力作用只相当于静力作用;当桥梁结构的刚度较小时,结构振动得到激发,这时空气力不仅具有静力作用,而且具有动力作用。

风的动力作用激发了桥梁风致振动,而振动起来的桥梁又可能反过来改变流场和空气力,形成风与结构的相互作用。

在桥梁设计时,不仅要考虑桥的静风荷载,同时也要考虑风对桥的振动作用。

桥梁结构风致振动可分为两大类:一类为发散性振动,包括经典藕合颤振、分离扭转振动和驰振;另一类为限幅振动,包括涡激振和抖振两种。

发散性振动有造成桥梁空气动力失稳而风毁的危险(上述的塔科马桥即为一例),因而必须避免。

风振的主要振害有:抖振和涡激振是一种频度大、在低风速下发生的有限振动,往往会造成桥梁构件的疲劳损伤或局部破坏;也可能危及行车安全或造成司乘人员的不适。

此外,施工阶段过大的振动会造成施工质量无法保证或停工;驰振是一种发生在单自由度弯曲振动体系横风向的发散振动,主要表现在索结构桥梁的索塔、斜拉索中。

对于索塔,由于其高度大、施工工况多,其动力特性又在不断地变化,驰振抑制主要在施工阶段,对于拉索,驰振形式有二,其一为雨振,即拉索在雨天会发生比晴天更大的风致振动,其二为尾流驰振,即背风拉索会比迎风拉索发生更大的振动。

这两种拉索驰振机理还有待进一步研究;拉索参数振动,即在风速不高的情况下拉索横向局部振动,许多大跨度斜拉桥曾发生过这种振动,如伯劳东纳斜拉桥曾发生拉索相碰事故,由于拉索是斜拉桥的生命线,故拉索参数振动已引起了桥梁界的广泛关注。

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究大跨径悬索桥是一种特殊的桥梁结构,在施工期间和成桥阶段需要进行一系列的抗风措施研究,以确保桥梁的安全和稳定。

本文将对大跨径悬索桥施工及成桥阶段的抗风措施进行研究,并提出相关建议。

1. 风场评估:在进行大跨径悬索桥施工前,需要对施工区域的风场进行评估。

通过风速和风向的实时监测,可以选择适合施工的时间和条件,减少风对施工的影响。

2. 悬索索塔设计:悬索桥的悬索索塔是承受悬索和桥面荷载的主要结构,需要进行合理的设计。

在考虑风荷载的情况下,悬索索塔的设计需要考虑风的影响,采取加固措施,确保其稳定性和安全性。

3. 施工设备固定:在施工过程中,需要使用吊车、起重机等大型设备进行吊装作业。

在风大的情况下,这些设备容易受到风的影响,影响施工的进行。

在施工前需要对这些设备进行固定,防止风对其的影响。

4. 施工进度安排:在制定施工计划时,需要考虑风的影响因素,合理安排施工进度。

在风速较大的情况下,可以暂停高空作业,待风速减小后再进行施工。

5. 安全防护设施:为了保障施工人员的安全,在施工现场需要设置安全防护设施。

对于高空作业人员,需要配备安全带等装备,防止风对其的影响。

1. 成桥阶段的抗风措施比施工阶段更为重要,因为大跨径悬索桥的结构稳定性和安全性对成桥环境的要求更高。

2. 成桥过程中需要采取的抗风措施包括:(1) 钢缆索塔固定:成桥过程中,悬索索塔的固定非常重要。

特别是在吊装悬索的过程中,需要对钢缆索塔进行加固,以抵抗风荷载对其的影响。

(2) 桥面荷载均衡:在成桥过程中,需要平衡桥面的荷载,以减小风对桥面的影响。

对桥面荷载进行调整和均衡,可以有效减小风的影响。

(3) 连接件固定:在成桥过程中,需要对各个连接件进行固定,防止其在风大的情况下产生位移或变形,影响整个桥梁的稳定性。

3. 成桥阶段的抗风措施需要经过详细的工程计算和实验验证,确保其有效性和可靠性。

在成桥过程中,需要对整个桥梁结构进行综合考虑和分析,针对风的影响因素进行相应的抗风措施设计。

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究近年来,随着我国经济的快速发展,大跨径悬索桥的建设逐渐增多,同时也增加了悬索桥建设中所面临的风险。

风是悬索桥施工及成桥阶段的主要风险因素之一,会对悬索桥的结构安全和施工进度产生极大影响。

因此,在大跨径悬索桥的施工及成桥阶段,必须采取相应措施预防和应对风险,确保悬索桥建设的顺利进行。

1、预测和监测风速在施工现场设置气象站,对风速进行实时监测,并根据气象预报来预测风力,确保在风力达到一定等级时采取相应措施,以保障施工安全。

2、加强钢丝绳固定钢丝绳是悬索桥的主要承载组件,其固定紧固牢固与否直接关系到悬索桥的结构安全。

在施工阶段,应加强钢丝绳的固定,采用双向拉力固定方式,避免钢丝绳因风力而松脱,从而保证悬索桥的结构稳定性。

3、加强施工安全监管钢丝绳的预应力施工是悬索桥施工的关键步骤,在预应力施工过程中,应加强安全措施,对钢丝绳的工作状态进行实时监测,确保钢丝绳的预应力施工过程安全可控。

4、钢缆拦挡绳的设置在施工现场设置一定数量的钢缆拦挡绳,以防止悬索索的“翻飞”现象,这样可以减轻大跨径悬索桥施工中的风险,避免步步惊心的情况。

5、加强插车操作插车作业是悬索桥施工过程中比较危险的环节之一,因此,在插车作业中,应加强对风力的监测和预测,并根据风力等级对施工人员进行安全教育,以降低插车作业风险。

同时,还应有专门的人员对插车进程进行监管,确保插车操作的安全进行。

针对大跨径悬索桥成桥阶段风险较高的情况,应加强气象预报和监测,对风速进行实时监测,确保在风力达到一定等级时采取相应措施,以避免悬索桥受到损坏和影响成桥时间。

3、加强悬索索的防折断措施在成桥阶段,悬索索会处于临界状态,非常易于发生断裂现象,因此必须采取防折断措施。

在成桥阶段,可采用加装悬索索挡板的方式进行防折断,避免风力将悬索索挡板吹动而影响成桥时间和安全性。

4、定期巡查和维修在大跨径悬索桥的成桥阶段,仍然需要进行定期巡查和维修工作,发现问题及时处理,以确保悬索桥长期稳定性和安全性。

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究大跨径悬索桥是一种大型跨海、河、峡等水体的大型跨度桥梁,在其施工及成桥阶段,受风力影响较大。

在悬索桥的设计与施工中,需要考虑并采取相应的抗风措施,以确保大跨径悬索桥的安全性和稳定性。

本文将重点探讨大跨径悬索桥施工及成桥阶段的抗风措施研究。

一、大跨径悬索桥施工阶段的抗风措施研究1. 风险评估在大跨度悬索桥的施工前,需要进行全面的风险评估,包括对施工场地的风力状况进行详细的分析和评估,以确定施工中可能面临的风险,为制定合理的抗风措施提供依据。

2. 施工工艺调整针对大跨度悬索桥施工的特点,可以采取一些工艺调整措施,以减小风对施工造成的影响。

在施工现场悬挑钢梁时,可选择在风力较小的时间段进行,或者采取加固、增加支撑等措施,以确保施工的稳定性。

3. 安全防护设施在施工现场设置必要的安全防护设施,比如加固施工平台、加装抗风设施等,避免风力对施工人员和设备的影响,确保施工作业的安全进行。

二、大跨径悬索桥成桥阶段的抗风措施研究1. 成桥工艺优化针对大跨径悬索桥的成桥阶段,可以针对不同的成桥工艺优化抗风措施。

在主梁吊装过程中,可以选择在风力较小的时间段进行,精心安排吊装作业,减小风力对吊装过程的影响。

2. 风力监测系统在成桥阶段建立完善的风力监测系统,实时监测风力变化的情况,及时发现风力变化并做出相应的调整,以确保成桥作业的安全性。

3. 抗风设施设置在大跨径悬索桥成桥阶段,可设置一些抗风设施,比如加固支撑、增加加固材料使用量等,以应对可能出现的大风天气,确保成桥作业的持续进行。

三、大跨度悬索桥抗风措施研究的例子例1:香港青马大桥大跨度悬索桥施工阶段的抗风措施青马大桥是香港的一座重要桥梁,其大跨度悬索桥的施工阶段,面临着严峻的风力挑战。

为此,工程团队采取了一系列抗风措施,包括在施工前进行全面的风险评估、优化施工工艺、采用专业的风力监测系统、设置安全防护设施等措施,最终顺利完成了青马大桥的悬索桥部分的施工阶段。

探讨管道悬索桥抗风稳定性

探讨管道悬索桥抗风稳定性

探讨管道悬索桥抗风稳定性摘要:在现阶段的建设工程中,当遇到河流或其他障碍时需要搭桥时,通常采用管道悬索桥这一特殊的悬索桥。

在搭建管道悬索桥时,需要考虑自然环境对其造成的影响,其中最总要的就是风对其造成的影响。

在风对大跨桥梁造成的一系列影响中,有一种比较严重的影响为颤振作,它是一个发散性的运动,一旦产生颤振将对悬索桥造成巨大的损失,严重者甚至会导致悬索桥的损坏。

因此,在对管道悬索桥进行设计和施工以及运营过程要充分考虑自然条件的影响,使其能够经受风的影响,从而减少颤振现象的出现。

关键词:管道悬索桥;抗风;稳定性前言管道悬索桥的作用为支撑管道,因为它的桥面是建设在悬索的上面,所以才被叫做管道悬索桥。

相比于传统的拱桥,它的桥面支撑不再依靠打桥墩来提供支撑力,它主要依靠在悬索桥两侧的悬索来维持悬索桥桥面的平衡并依靠它们为桥面提供拉力,进一步保障管道悬索桥的平衡。

除此之外,管道悬索桥还弥补传统拱桥的部分不足之处,比如,传统拱桥的桥墩的承重结构往往是刚性的,相比于管道悬索桥利用柔性承重结构的悬索而言,使用桥墩更容易出现损坏的现象。

现阶段的悬索桥通常是由悬索、索塔、锚碇、吊杆以及桥面等多个部分组成。

不同部分起到了不同的作用,比如,对于悬索而言,它的作用是为桥面提供拉力,从而保障桥面的平衡;对于索塔而言,它主要是为了固定悬索;对于锚碇和吊杆而言,它们起到了悬索和桥面之间的固定作用。

为了有效地提高管索桥的稳定性和安全性,人们在建造管索桥时经常采用高强钢丝作为悬索桥的吊索。

另外,采用悬索桥作为管道运输桥梁,即能提高桥梁的抗震性能,又能在一定程度上提高桥梁的美观程度。

此外,利用悬索桥进行管道运输也可以在一定程度上起到控制建设成本的作用。

1管道悬索桥概述管道悬索桥通常是由主塔、加强梁、主索、管道、抗风索、吊杆和风索吊杆等多个部分组成的,它的结构如图1所示。

其中,利用管道来运送传输介质;利用主塔来支撑主缆;利用加劲梁来为管道提供支撑力;主缆是悬索桥基础的主要组成部分,通过它来传递荷载;利用抗风索当作管道悬索桥抗风的锚固素,从而增强其横向刚度;吊杆是管道悬索桥的主要承重构件,载荷主要通过中跨主缆传递到边缆和主塔上,最终作用到锚固墩和基础上。

双链柔式钢索悬索桥抗风性能研究

双链柔式钢索悬索桥抗风性能研究

双链柔式钢索悬索桥抗风性能研究悬索桥是一种被广泛应用于公路、铁路、河流等领域的特殊桥梁形式。

在悬索桥设计中,抗风性能是一个非常重要的考虑因素,因为悬索桥的桥梁结构本身相对较为轻盈,容易受风力的作用而发生形变甚至破坏。

为了增强悬索桥的抗风性能,目前有一种新型的悬索桥设计方案,双链柔式钢索悬索桥,本文将对其抗风性能进行研究。

首先,双链柔式钢索悬索桥采用双层悬链体系,增加了桥梁的承载能力和刚度。

当风力作用于桥梁时,双链柔式钢索悬索桥能更好地分散风力,减小桥梁的变形。

由于双层悬链体系的采用,悬索桥的主梁和悬索之间的连接更加牢固,可以有效地抵抗风力产生的剪切力和弯曲力。

另外,柔性钢索的支撑能够增加桥梁的稳定性,防止桥梁发生弯曲和摆动。

其次,双链柔式钢索悬索桥在设计过程中充分考虑了风荷载的影响。

通过风洞试验和数值模拟,可以获取悬索桥在不同风速下的风力响应。

在悬索桥设计中,可以采用合适的桥梁参数和结构配置,以减小桥梁的形变和应力集中,从而提高悬索桥的抗风性能。

最后,双链柔式钢索悬索桥采用了新型的材料和结构技术。

在桥梁的设计和施工中,可以采用高强度钢材和先进的焊接技术,增加桥梁的承载能力和抗风能力。

另外,对于柔性钢索的选择和布置也是关键,合理的柔性钢索配置可以减小桥梁的变形和应力集中,并提高悬索桥的抗风性能。

总之,双链柔式钢索悬索桥是一种具有良好抗风性能的悬索桥设计方案。

通过合适的桥梁参数和结构配置、风洞试验和数值模拟、材料和结构技术的改进等手段,可以进一步提高双链柔式钢索悬索桥的抗风能力。

随着悬索桥技术的不断进步,相信双链柔式钢索悬索桥将能在未来得到更广泛的应用。

刍议大跨径悬索桥抗风问题及风振措施

刍议大跨径悬索桥抗风问题及风振措施

刍议大跨径悬索桥抗风问题及风振措施摘要:随着现代桥梁技术的不断提升,大跨径悬索桥的应用越来越多,跨径记录也被不断打破。

悬索桥相对于其他结构形式的桥梁而言,其更容易受到风力的影响,尤其是对于大跨径悬索桥而言,风力作用下引起的各种振动对于桥梁的稳定性会造成极大的影响。

因此,如何提升抗风问题成为了大跨径悬索桥在设计时的重点问题。

文章对悬索桥进行了详细的风振分析,并在此基础上对如何提升大跨径悬索桥抗风能力展开了讨论。

关键词:悬索桥,风振,桥梁稳定性前言在所有桥梁结构中,悬索桥的跨越能力是最突出的,在跨江、跨海、跨山谷等方面有重要的应用。

这种桥梁结构主要依赖于缆索支撑体系,因此其非线性特性非常明显。

正是由于这种特性,因此其在风力荷载的作用下动力响应问题也相较于其他结构桥梁更加明显。

在早期的悬索桥设计中,由于对风载作用的考虑不够全面,因此设计出来的桥梁安全性存在明显的缺陷,引发了众多安全事故,造成了极大的经济损失和人员伤亡。

因此,当前悬索桥设计时尤其是大跨径悬索桥设计的过程中,相关人员非常重视桥梁的抗风问题。

文章以悬索桥风振类型出发,对桥梁自身的结构特征风载响应特征进行了归纳,并在此基础上提出了若干风振减弱措施,强化大跨径悬索桥的抗风设计方法和内容。

1.悬索桥风振分析从结构上来看,悬索桥是一种柔性结构,在风力荷载的情况下,其受力情况和振动方式具有多变性。

在经过了长期的实验探究后,人们对这种柔性结构的振动现象有了较深刻的认识。

并根据各种振动的特性制定了具有针对性的控制措施,具体如下:1.1 抖振抖振的本质是一种结构性强迫振动,其引起的原因是脉动风。

这种振动引起的原因可以概括为两种:(1)风本身的不规则性使得气流的方向和速度较为紊乱,这种紊乱的气流直接作用在桥梁结构上,引起的强迫性振动。

(2)在桥梁周围存在山体、建筑等,气流流经这些遮挡物时产生了紊乱的气流,这些气流简介作用在桥梁结构上,引起强迫性振动。

从振动的幅度上来看,由于抖振的起因是紊乱的气流,其方向是多变的,不会有明显的方向性,因此引起的桥梁振动幅度较小,一般不会直接给桥梁造成非常严重的结构性破坏,但是可能使得桥梁的部分结构变形,影响桥梁上通行人员的舒适度。

试述增强悬索桥抗风稳定性能的方法

试述增强悬索桥抗风稳定性能的方法
摘 要 : 索桥 在 架 设 期 间 的 抗 风稳 定性 是 - 4 最 关心 的 课 题 。 管施 工期 一 般 不 太 长 , 计 风 速 也 能减 小 至 3 ~ 0rs 典 型 值 范 围 内 ( 国 悬 ,/ k] 尽 设 04r 的 d 中 虎 门大桥 在 台风 多发 区 , 值 为 6m/, 艾 荣等 ,9 7 , 要 减 小扭 转 频 率 和 竖 向 频 率 的 比值 , 其 0 s陈 19 )但 需考 虑 很 多 因素 , 其在 施 工初 差 。为此 , 从 提 高 系统 整 体 刚 度 、 制 结 构振 动 特性 和 改善 断 面 气动 性 能 等 三 个 方 面介 绍 了 国 内外 在 改 善 大跨 度 悬 索 现 控
桥 抗风 稳 定性 能 中的 实践 和探 索 。
关 键 词 : 索桥 ; 风 稳 定 性 ; 法 ; 施 悬 抗 方 措
悬索桥跨度大幅度增长带来 的主要问题是结构刚度 的急剧下 降, 这 使得风致振动对桥梁安 全性 的影响更加重要 , 而影响风振性能最关键 的 因素就是抗风稳 定性 , 即桥梁颤振稳定性 。改善抗风稳定性能是大跨度 悬 索 桥 设 计 和 建 造 中 的一 个 重 要 课 题 。
1 几 种 增 强 抗 风 稳 定 性 的 方 法
散 , 而 达 到减 小 结 构 振 幅 的 目的 。 应 用被 动 调质 阻尼 器 除 了可 以有 效 从
对 桁 架 式 加 劲 桥 , 定 问题 可 以 靠 先 建 敞 开 式 桁 架 来 解 决 , 在 箱 稳 但 梁式 悬 索 桥 中行 不 通 , 也 是 目前 工 作 的重 心 。 而后 者 在 架 设 时 , 以 这 然 可
市政 与路 桥
民营科技
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大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究1. 引言1.1 研究背景在建设大跨径悬索桥的过程中,抗风是一个关键的因素。

大跨度悬索桥一般高度较高,横跨距离较大,容易受到风力的影响。

风力对于悬索桥的施工和成桥阶段都会造成一定的影响,因此在整个建设过程中需要采取相应的抗风措施来确保施工和成桥的安全顺利进行。

当前,随着大跨径悬索桥建设工程的不断增多,对于抗风措施的研究也变得更加迫切和重要。

在悬索桥施工阶段,风力可能会影响吊索的安装和吊装工作,对施工人员和设备造成危险。

而在成桥阶段,风力对于悬索桥的结构稳定性和安全性都有着重要的影响,必须采取相应的措施来减轻风力对于桥梁的影响。

对于大跨径悬索桥施工及成桥阶段的抗风措施研究具有重要的实际意义和现实价值。

通过深入研究和探讨,可以为大跨径悬索桥的建设提供科学的技术支持和指导,保障工程的安全进行和顺利完工。

【研究背景】1.2 研究目的本文旨在探讨大跨径悬索桥在施工及成桥阶段的抗风措施,特别关注在强风环境下如何保障悬索桥的安全性和稳定性。

具体研究目的包括:分析大跨径悬索桥施工阶段面临的风险,针对不同风速等级提出相应的防风措施;研究大跨径悬索桥在成桥阶段受风影响的特点,探讨有效的抗风设计方案和施工工艺,以确保悬索桥在各种气象条件下都能正常运行。

通过本文的研究,旨在为大跨径悬索桥的施工和成桥阶段提供科学的抗风措施,为悬索桥的建设和运营提供可靠的技术支持和保障。

1.3 研究意义研究大跨径悬索桥施工及成桥阶段的抗风措施具有重要的实际意义。

随着大跨径悬索桥的建设规模和数量的增加,其受风影响的可能性也相应增加,因此研究其抗风措施对保障桥梁工程的安全稳定具有重要意义。

抗风措施的研究可以为类似工程提供经验和参考,促进相关技术的发展和推广。

优化抗风措施还可以有效减少桥梁工程的建设和维护成本,在一定程度上提高工程的经济效益和社会效益。

研究大跨径悬索桥施工及成桥阶段的抗风措施具有重要的理论价值和实践意义。

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究大跨径悬索桥是一种具有较大桥跨的悬索桥,其主要特点是悬索线的长度较长,悬索线的跨度可以达到几百米甚至几千米。

大跨径悬索桥在施工和成桥阶段需要采取一系列的抗风措施,以确保施工和成桥的安全。

在施工阶段,对于大跨径悬索桥而言,风力是一个重要的影响因素。

在施工过程中,如果遇到强风天气,不仅会影响施工进度,还可能对施工人员和设备造成安全隐患。

在施工阶段需要采取一些抗风措施来降低风力对施工的影响。

在施工现场,应设置专门的气象监测装置来实时监测风速和风向。

一旦风速超过安全范围,就应及时采取相应的措施,如停工、撤离施工人员等,以确保人员和设备的安全。

对于大跨径悬索桥的主体结构,在施工阶段应做好风洞试验和风力计算分析,确定合理的结构形式和材料使用。

并且,在施工过程中要严格控制施工质量,以保证结构的稳定性和安全性。

在施工中还需要加强对悬索线的固定和支撑。

一般情况下,会在悬索线的两端设置支撑塔来增加悬索线的稳定性,同时也可以起到一定的阻挡风力的作用。

在成桥阶段,同样需要采取一系列的抗风措施来确保悬索桥的安全。

在悬索桥的主塔和主梁的施工过程中,要密切关注天气变化,一旦出现强风天气,立即采取相应的措施,如停工、加强安全检查等。

对于已经建成的大跨径悬索桥,还可以通过增加桥面的抗风措施来提高桥梁的整体稳定性。

比如可以在桥面上设置固定的护栏、屏障等结构物,以减少风力对桥面的作用。

在运营阶段,也需要对大跨径悬索桥进行定期检测和维护,确保桥梁的安全性。

比如定期检查悬索线的磨损程度,以及对悬索线的锈蚀情况进行处理等。

大跨径悬索桥在施工和成桥阶段需要采取一系列的抗风措施,以确保施工和成桥的安全。

这些抗风措施包括设置气象监测装置、进行风洞试验和风力计算分析、加强结构的固定和支撑、增加桥面的抗风措施等。

只有采取了这些措施,才能够有效地降低风力对大跨径悬索桥的影响,保证桥梁的安全性和稳定性。

大跨度悬索桥抗风讲座报告

大跨度悬索桥抗风讲座报告

讲座报告(四)姓名:顾尚廉学号;1130519导师:周志勇浅谈大跨度桥梁的抗风问题——听《大跨度桥梁的极限跨径和抗风挑战》有感听完葛老师《大跨度桥梁的极限跨径和抗风挑战》讲座后,对于在本科期间从未了解过桥梁抗风问题的桥梁系研一学生的我来说,对大跨径桥梁的跨径极限和抗风问题有了一个初步的认识,也使我明确了以后学习和研究的方向。

下面我简单的介绍一下我对桥梁抗风问题的一些浅显认识。

0前言风灾是自然灾害中发生最频繁的一种,桥梁的风害事故屡见不鲜。

风与结构的相互作用是一个十分复杂的现象,它受风的自然特性、结构的外型、结构的动力特性以及风与结构的相互作用等多方面因素的制约。

当风绕过一般为非流线型作用截面的桥梁结构时,会产生旋涡和流动的分离,形成复杂的空气作用力。

当桥梁结构的刚度较大时,结构保持静止不动,这种空气力的作用只相当于静力作用。

当桥梁结构的刚度较小时,结构振动受到激发,这时空气力的作用不仅具有静力作用,而且具有动力作用。

1对桥梁抗风问题的重视1940年,塔科马大桥的风毁事故引起了人们对桥梁抗风问题的重视和研究随着桥梁跨径的不断增大,桥梁结构日趋轻柔化,抗风问题才显得日益突出,特别是大跨度悬索桥的抗风稳定问题已经成为直接影响跨度进一步增大的关键因素。

2风对桥梁结构的作用2.1.风的静力作用静力作用指风速中由平均风速部分施加在结构上的静压产生的效应,可分为顺风向风力、横风向风力和风扭转力矩。

在顺风平均风的作用下,结构上的风压值不随时间发生变化,作用与桥梁上的风力可能来自任一方向,其中横桥向水平风力最为危险,是主要的计算对象。

它所造成的桥梁破坏的特点主要是强度破坏或过大的结构变形。

在桥梁的静风作用分析中,通常将风荷载换算成静力风荷载,作用在主梁、塔、缆索、吊杆等桥梁构件上,进行结构的计算分析。

2.2风的动力作用风的动力作用指结构在风作用下的空气弹性动力响应,它一般可分为两大类。

第一类,自激振动:在风的作用下,由于结构振动对空气的反馈作用,振动的结构从空气中汲取能量,产成一种自激振动机制,如颤振、弛振和涡激振动。

自锚式悬索桥的风稳定性研究综述

自锚式悬索桥的风稳定性研究综述

自锚式悬索桥的风稳定性研究综述摘要:自锚式悬索桥因其独特的主缆锚固方式,在承受竖向荷载方面表现突出,但承受横向荷载(主要是风荷载)能力较弱。

桥梁承受风荷载主要分为静风荷载和近地紊流风荷载两种。

本文主要综述了自锚式悬索桥的静风稳定性分析和动力失稳中的颤振分析的研究进展。

关键词:自锚式,悬索桥,静风稳定性,颤振前言悬索桥是常用的四种桥之一,是利用主缆和吊索作为加劲梁的悬挂体系,其主要结构由主缆、索塔、锚碇、吊索和加劲梁组成[1]。

悬索桥的最大特征就是能够实现大跨距建造。

悬索桥按照锚固方式分为自锚式和地锚式悬索桥。

自锚式悬索桥同一般悬索桥相比,其主缆直接锚固在加劲梁的两端,省去了锚定结构,利用加劲梁直接承受主缆传递的水平分力,具有不需要锚碇和主梁承受较大轴力的特点,既节省了昂贵的锚碇费用,造型更简洁美观,又改善了主梁的受力[2]。

因自锚式悬索桥独特的主缆锚固,其静动力性能同地锚式悬索桥有较大区别。

静立方面,自锚式悬索桥的结构的竖向刚度随着主缆矢跨比、主缆抗拉刚度的增加而增大,加劲梁拱度的设置可以降低加劲梁跨中的弯矩,提高结构的竖向刚度。

随着加劲梁竖向抗弯刚度的增大,结构的竖向刚度逐渐增大,加劲梁轴向刚度、主塔纵向抗弯刚度和吊索抗拉刚度变化对自锚式悬索桥的静力学性能无明显影响[3]。

周绪红等人[4]针对主缆索的几何非线性,采用分段悬链线法计算其空缆线形、成桥线形及无应力索长,对自锚式悬索桥的受力特性进行了研究,设置预拱度和采用合理的吊杆间距可有效改善桥梁的受力性能。

动力学方面,自锚式悬索桥具有同地锚式悬索桥相同的特点,即自振周期长、阵型密集。

Gimsing N J.[5]认为传统竖向平行的缆索体系对承受竖向荷载是非常适合的,但是对于横向荷载(主要是风荷载)的承受能力则较弱。

对于大跨度悬索桥而言,桥面的使用宽度是有限的,随着跨径的不断增大,桥梁宽跨比不断减小,这使得桥梁的横向和扭转刚度及承受横向荷载的能力不断减小,桥梁结构的横向稳定性降低,抗风荷载能力得到削弱。

各类桥型抗风性能概述

各类桥型抗风性能概述

各类桥型抗风性能概述气流绕过一般非流线型外形的桥梁结构时,会产生涡旋和流动的分离,形成复杂的空气作用力。

当桥梁结构的刚度较大时,结构保持静止不动,这种空气作用力只相当于静力作用;当桥梁结构的刚度较小时,结构振动得到激发,这时空气力不仅具有静力作用,而且具有动力作用。

在过去相当长的时间内,人们把风对结构的作用仅仅看成是一种由定常风所引起的静力作用,1940年秋,美国华盛顿州建成才4个月的塔科马(Tacoma)悬索桥在不到20m/s的8级大风作用下发生强烈的风致振动——反对称扭转振动而导致桥面折断和桥面坍塌,这才开始了以风致振动为重点的桥梁抗风研究。

1 常见桥型抗风性能研究现状1.1 连续刚构桥大跨度刚构桥由于其施工和造价上的优势成为一种很有竞争力的桥型。

但由于其上部结构悬臂施工长度大、自重大,墩体又常采用薄壁墩,其最大双悬臂状态的振动频率往往较低,因而风致振动和风致结构内力就成为桥梁设计、施工者们十分关心的问题。

韩万水等人采用离散涡(DVM)及风洞测力方法,确定主梁静气动力系数;采用抖振时域方法,计算最大双悬臂状态时的抖振响应。

与风洞试验结果进行对比分析。

计算中阻尼系数由气弹模型实测阻尼比确定;由于气弹模型设计中阻尼比相似不能够实现,故修正计算结果,探讨阻尼比对抖振响应的影响;最后采用两种抗风分析方法———阵风系数法和抖振时域分析法,分别对结构进行分析计算。

实例分析的计算结果表明,按阵风系数法得到的横桥向响。

应偏于保守。

1.2 拱桥张亮亮等人通过菜园坝长江大桥的节段模型静力试验和动力试验获得了主梁及主拱的静力三分力系数随攻角的变化规律、主梁的颤振特性以及识别了主梁的8个颤振导数,并对试验获得的结果进行了详细的分析. 最后,对该桥的主梁和拱肋的抗风性能进行了评价.通过节段模型试验发现重庆菜园坝长江大桥的主拱与主梁均具有良好的气动稳定性.1.3 斜拉桥李俊等人采用大型通用有限元程序ANSYS对宜宾长江大桥施工状态和成桥状态的动力特性进行了计算,分析了主梁的三分力系数取值,验算了桥梁的颤振稳定性和静力稳定性。

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究

大跨径悬索桥施工及成桥阶段抗风措施研究【摘要】本文主要研究了大跨径悬索桥在施工和成桥阶段的抗风措施。

在施工阶段,通过合理设计施工工艺和使用专业设备,能够有效减少风对桥梁的影响,确保施工质量和安全。

在成桥阶段,针对悬索桥结构的独特性,需要考虑风荷载对桥梁的影响,采取相应的抗风措施,如增加加劲肋、提高悬索拉力等。

通过对不同阶段的抗风措施进行研究和实践,可以提高大跨径悬索桥的抗风性能和安全性,为未来类似工程提供参考和借鉴。

未来,可以进一步探索新的抗风技术和方法,不断提升大跨径悬索桥的抗风水平,推动桥梁工程的发展和进步。

【关键词】大跨径悬索桥、施工阶段、成桥阶段、抗风措施、研究、风力风荷、结构安全、工程建设、桥梁工程、风险管理、工程施工、建设阶段、实用性、可靠性。

1. 引言1.1 背景介绍风是大跨径悬索桥结构施工和成桥阶段最主要的外部荷载之一,风载荷的作用可能导致桥梁结构失稳和损坏,严重影响桥梁的安全性和稳定性。

研究大跨径悬索桥施工及成桥阶段的抗风措施,对于保障桥梁工程的稳定性和安全性具有重要意义。

本文旨在探讨大跨径悬索桥施工和成桥阶段的抗风措施,为大跨径悬索桥工程的设计和施工提供参考。

1.2 研究目的研究目的主要是针对大跨径悬索桥在施工及成桥阶段所面临的抗风挑战,探讨并提出相应的解决方案和技术措施。

通过深入研究大跨径悬索桥在不同阶段的抗风措施,可以有效提高桥梁结构的抗风性能,降低施工和成桥期间因受风影响而带来的安全隐患和质量问题。

通过研究大跨径悬索桥抗风措施的有效性,还可以为今后类似桥梁工程提供借鉴和经验积累,并促进大型桥梁工程建设的技术创新和发展。

本研究旨在全面探讨大跨径悬索桥施工及成桥阶段的抗风措施,并为未来类似工程提供技术支撑和指导。

2. 正文2.1 大跨径悬索桥施工阶段抗风措施研究为了有效应对风力对大跨径悬索桥施工的影响,我们需要制定相应的抗风措施。

在选址阶段就需要考虑当地的气候环境,评估风力对施工的影响。

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悬索桥桥抗风综述课程名称:桥梁抗震抗风指导老师:周诗云专业:土木工程姓名:罗潇学号: 20134190060学生年级:2013级日期:2016年12月5日目录悬索桥抗风综述 (2)1.塔科玛桥的倒塌2. 欧洲抗风方式的改进 (2)3. 20世纪末的悬索桥 (3)4. 采用拉索系统的新桥型 (3)5. 空气动力学措施 (4)6. 机械措施 (4)7. 超长大跨悬索桥的可能 (6)参考文献 (6)悬索桥抗风综述摘要: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断面(Airfoil or Aerofoil Section)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。

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2 000m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 79 18182 联合桥英国 137 18213 纳索桥德国 75 18344 布莱顿桥英国 78 18365 蒙特罗斯桥英国 132 18386 梅奈海峡桥英国 177 18397 罗奇伯纳德桥法国 195 18528 威灵桥美国 309 18549 尼亚加拉——利文斯顿桥美国 317 186410 尼亚加拉——克利夫顿桥美国 384 188911 塔科玛桥美国 853 19404. 采用拉索系统的新桥型采用拉索系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,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,能够有效地提高悬索桥的扭转频率,颤振临界风速也可以提高到原来的60% 左右。

5. 空气动力学措施气流绕过桥梁截面时,发生相互作用而产生空气作用力,而截面气动外形的改变势必会影响到空气力。

因此,改善气动稳定性的另一途径是通过改善桥梁断面的外形来减小气动力。

(1)边缘风嘴措施在加劲梁截面两端设置风嘴,可以改善气流绕流的流态,减少涡脱,使截面趋向流线型。

颤振分析和试验研究表明,这种措施能有效地提高悬索桥的颤振稳定性,而且风嘴的尖端角度越小,对颤振稳定性的改善越大;而在尖端角度相同的情况下,尖端长度较大的风嘴的气动性能就越好。

(2)中央开槽措施传统的流线型箱形断面中间开槽,可以增加透风率,减小加劲梁顶底面的压力差。

试验和分析都显示中央开槽的闭口箱梁的颤振临界风速将得到一定程度的提高,而且随着开槽宽度的增加桥梁的颤振临界风速会继续上升。

在Messina 海峡桥方案的研究中,理论分析和风洞实验的结果都表明,采用开槽箱形主梁断面,可得到令人满意的抗风性能。

(3)分离箱梁方案分离式箱梁设计,实际上是箱梁中心开槽思想的拓展, 即通过分离箱梁间的开放空间增加透风率,减小加劲梁顶底面的空气压力差从而增加气动稳定性。

同时这一方案保持了传统闭口箱梁结构的优点,如空气阻力系数小、涡振性能好等。

6. 机械措施机械措施主要是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。

这种装置主要有2 类,一类是阻尼器,另一类是在加劲梁断面的迎风、背风边缘安装的控制面。

当加劲梁在气流作用下发生振动时,利用作用在控制面上的气动力来增大结构振动的阻尼,从而提高颤振临界风速。

根据控制原理的不同又可分为主动控制和被动控制。

(1)阻尼器为了间接地提高结构的阻尼,调谐质量阻尼器(TMD ) (下图) 在土木结构中得到了广泛的应用。

TMD 是由质量块、弹簧和阻尼器组成的一个复杂的机械装置,是一种不需要能量供给的减振装置,其制振减振原理是将主结构的振动能量传递到频率相近的阻尼器上,然后加以耗散,从而达到减小结构振幅的目的。

调质阻尼器除了可以有效改善大跨桥梁的抖振和涡振性能外,还能提高桥梁的颤振稳定性。

(2)主动控制措施控制面的主动控制措施是在加劲梁的迎风、背风边缘安装上控制面,如图a 所示。

这些控制面完全与加劲梁分离,以避免造成二者之间的气动干扰。

通过合理地反馈控制,利用主动输入的能量调整控制面运动的振幅和相位,以产生对系统振动起稳定作用的气动力,来达到抑制颤振发生的作用。

为了保证超大跨径悬索桥的抗风稳定性,已有研究中提出了如图b所示的各种控制方法,主要有在主梁上安装可动翼板、在桥梁的迎风侧安装竖直可动板以及在主梁的迎风和背风面安装可动板或可动风嘴等。

a.主动控制原理示意b.主动控制方法控制面主动控制的优点是几乎可对任意风速都能进行反馈控制抑制颤振发生,其缺点是需要致动器、传感器、控制设备(执行、实现控制流) 和外部能量输入等较复杂的控制系统。

(3)被动控制措施被动控制措施都采用固定在桥梁迎风或者背风面的翼板形式,如下图所示,以此来增加扭转或垂直振动阻尼,同样也可增加耦合振动阻尼。

被动控制方法分析表明,在主梁上方和背风侧布置翼板,可以明显提高悬索桥的颤振临界风速。

但在迎风侧和背风侧都布置翼板的方案,对提高悬索桥的气动稳定性效果却不大。

为了解决墨西拿海峡桥的颤振问题,设计组提出了在分离梁基础上,再在主梁上方安装翼板(其与主梁上的外侧风屏连接在一起),由于翼板可对扭转振动与弯曲振动提供非常大的气动阻尼,故该桥的颤振稳定性还有大幅度的提高,临界风速将超过100m/s。

因此,在墨西拿海峡桥的最终设计中,两种气动措施均被采用。

采用控制面进行被动控制的方法,虽然不像主动方法那样可对任意风速都能解决颤振问题,但这种方法显然更为简便、可靠,易于为桥梁工程师所接受。

7. 超长大跨悬索桥的可能在20世纪桥梁工程取得巨大成就的基础上,21世纪的世界桥梁工程将进入建设跨海联岛工程的新时期。

日本本州一四国联络线工程和丹麦大小海带桥的建成是20世纪的里程碑。

在21世纪上半叶,已经规划多年的洲际跨海工程,如欧非直布罗陀海峡通道,欧亚博斯普鲁斯海峡第三通道以及欧美白令海峡工程将有可能付诸实现。

在欧洲、英伦三岛、挪威沿海诸岛、德国和丹麦之问的费曼海峡以及意大利的墨西拿海峡也都将实施跨海工程建设。

在亚洲,东北亚的日本和朝鲜有可能通过朝鲜海峡的跨海工程建设陆路通道。

中国的崛起令世界瞩目。

已开始跨海工程的前期工作如上海的崇明越江通道和杭州湾通道,珠江E1的伶仃洋通道都在进行工程可行性的研究,舟山联岛工程也已开始实施。

可预计21世纪的中国将在桥梁建设中做出辉煌的成就,屹立于世界桥梁强国之列。

众多的跨海工程,需要面对更加严酷的自然环境,不仅仅是技术的问题,也是经济的问题,需要研究的内容众多,需要研究的重点项目有:(1)超长大悬索桥抗风设计:加劲梁断面形式、缆索系统以及新型悬索桥的长期开发研究;(2)超长大悬索桥的设计、施工;以减少建设费用、缩短工期为目标的施工方法以及新拉索材料的长期开发研究;(3)长大多跨悬索桥合理的设计、施工方法的开发研究;(4)大深度基础的设计、施工:能够应用于大深水或大深度软弱地基的已有基础形式设计、施工方法的延伸、扩大以及新型基础的长期开发研究;(5)超长大悬索桥的抗震设计:针对近距离大规模地震的设计用地震动的设定方法、基础的动态稳定校核法以及提高阻尼的减振技术的开发研究。

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