泉州湾跨海大桥全桥气弹模型风洞试验研究
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高 于实桥 的设 计 风 速 和颤 振 检 验 风 速 （６ ４ ． ８ ｍ ／ ｓ ）
．
＿ －－平 均 值 根 方 差 最 大 值
十
最 小 值
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图 ２是 主跨 中点的扭 转位 移根 方 差相应 随风速 的
６ ． ２ ５米 ， 全 桥采 用 ２ ８ ８根斜 拉 索 ， 索塔 高 度 １ ５ ８ 米． 泉州湾位于南亚热带海洋性季风气候 区， 受来 自于洋 面上 的东 南 季风 及 海 流 、 水 团 的影 响 ， 具 有 显著 的海洋 性气 候特 点 － ４ ］ ， 据气 象 显示 ，泉 州湾 跨
Ｖｏ １ ． ３ １ Ｎｏ ． ２
Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ ８—１ ４ ０ ２ （ ２ ０ １ ３） ０ ２—０ １ ８ ９一 Ｏ ５
泉 州湾 跨 海 大桥 全 桥 气 弹 模 型 风 洞 试 验 研 究①
杨 朝 晖
（ 同济大学土木工程防灾国家重点实验 室 。 桥 梁结构抗风技术交通行业重点实验窒 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ２）
海大 桥所 在 位 置 １ ０ ｍ 高 度 处 平 均 年 最 大 风 速 为 Ｕ １ ０ ＝３ ４ ｍ ／ ｓ ． 按 照文 献 点 ［ ５ ］和 桥 位 地 形 情 况 ．
注： 标 准误 差 等 于实 测 值 除 以 目标 值减 １ ， 频
率单位 均 为 Ｈ ｚ ．
表 ２ 最大单
振型 实桥频率 模 型频率 ～ 计算值 （ Ｈ ｚ ） 设计值 实测 值
＼ ‘
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变化 图． 在紊 流 场之 中 由于抖 振 加剧 ，主 梁 的扭 转 位移 比均匀 流场 中 明显 增 大． 图 ３是 主跨 中断面 中 心 的竖 向振 幅根 方 差 随 风 速 的 变化 ， ． 桥 梁 设 计者
１ 结构动力有 限元计算模型
运用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限元 分析 软件对 该桥 的成桥 状 态 和施 工状 态分 别 进行 了动 力特性 计算 分析． 得 出 泉 州湾跨 海 大桥 的竖 弯 、 测 弯 和 扭 转频 率 ． 在 进行 风 洞试验 前 ， 分 别通 过锤 击 法 、 自由振 动法 以及模 态 识别 法测 试风 洞 内 的模 型模 态 来 检 验模 型 是 否 和实桥 动力 特性 相 似 ， 测试 结果 见表 １ ， 表２ ．
风性 能． 风 洞试 验结 果表 明 ， 该桥 具 有较好 的颤振稳 定性 ．
关键 词 ： 门型 塔 ； 动 力 特性 ； 风 洞试验 ； 双 幅桥 中 图分类 号 ： Ｕ ４ ２ ２ ． ５ 文 献标识 码 ： Ａ
０ 引 言
随着 新 的施工 技 术 的发展 和交 通 量 日益 变 大 的现实需 求 ， 越 来 越 多 的大 跨 度 桥 梁 开 始 设 计 建 设， 而大跨 度桥 梁 中 的悬 索 桥 、 斜 拉桥 是 属 于 柔 性 结构 ， 众 所周 知 柔 性 结 构 在 风 的作 用 下 很 容 易 发 生颤 振 、 抖 振和 涡激 振动 等 风致 振 动 响应 ，而 大跨 度桥 梁 中的悬 索桥 、 斜 拉桥 均 属 于柔 性 结 构 ． 因此 大跨 度桥 梁 的风洞试 验 是很 有必 要 的． 已经有 很多 文献 都对 大跨桥 梁 的抗风 试验 进 行 了描 述 Ｌ 】 Ｊ ． 泉 州湾 跨海 大桥 为 一 座 分 幅 叠 合 梁 斜 拉 桥 ，属 于 大 跨 度柔 性 结 构 ，并 且 主 梁 自重 比较 轻 ，对 风 的响
表１ 成 桥 状态 实桥 和模 型主 要 固有动 力特 性
应 比较敏感 ， 为确保其泉州湾跨海大桥的风致稳定 性， 风 洞试 验 中选 取 了几何 缩 尺 比为 １ ： １ １ ０的全 桥气弹模型． 泉州湾跨海大桥 主桥 全长 ８ ０ ０ ｍ，由
４ ０ ０ ｍ 的主跨 、 １ ３ ０ ｍ 的辅 跨及 两侧 对 称 布 置 的 ７ ０ ｍ 边跨 组成 ． 三柱 式 门 形塔 设 置 上 梁 ， 两 幅桥 净 距 为
固有动力特性
模 型频率 误差 模型实测 （ ％ ） 阻尼 比（ ％）
可以通过计算得知成桥主梁的颤振临界风速 和设
计基 准风 速 ． 根 据 要 求 在 施 工 阶 段 选 取 重 现 期 为
２ ０年 的设计 风 速．
①
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ２— ２ ２
作者 简介： 杨朝 晖（ １ ９ ８ ８ 一） 男， 内蒙古 赤峰人 ， 同济大学土木工程防灾 国家重点实验室 ， 硕士研究生
第 ２期
杨朝 晖 ： 泉 州湾跨 海 大桥 全桥 气 弹模 型风 洞 试验研 究
一 ｍ） 菩 厘 旧 槭 廿嘏
０ ０ １ １ １ １ Ｏ
１ ９ １
紊流风 作用 下 的抖振 响应 ． 由于风 洞 中格栅 的衰减
作用 ， 紊流场 中试验 风速 要低 于均匀流中的试验 风速 ，为 ０ ｍ ／ ｓ —８ — ｎ ／ ｓ ，对 应 的 实 桥 风 速 为 ０ — ８ ４ ｍ ／ ｓ， 实 验 中 的最 大 风 速 所 对 应 的实 桥 风 速要
摘
要： 泉 州湾跨 海 大桥 为主 跨 ４ ０ ０ ｍ 的分 幅 叠合 梁斜拉 桥 ， 运用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软 件 对 成桥 状 态及
施 工状 态进 行动 力特 性 分析 ，并依 托 全桥 气 弹模 型风 洞试 验 ， 采用 １ ： １ １ Ｏ的 几何 缩尺 比进 行 成 桥 状 态和施 工状 态的颤振 及抖 振 试验 ，测 定颤 振 临界 风 速及 抖 振 响 应 ， 据 此 分 析评 估 该桥 的抗
第３ １长 第 ２期
２ ０ １ ３ 年 Ｏ 自 然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｊ ｉ ａ ｍ ｕ ｓ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
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＿ －－平 均 值 根 方 差 最 大 值
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图 ２是 主跨 中点的扭 转位 移根 方 差相应 随风速 的
６ ． ２ ５米 ， 全 桥采 用 ２ ８ ８根斜 拉 索 ， 索塔 高 度 １ ５ ８ 米． 泉州湾位于南亚热带海洋性季风气候 区， 受来 自于洋 面上 的东 南 季风 及 海 流 、 水 团 的影 响 ， 具 有 显著 的海洋 性气 候特 点 － ４ ］ ， 据气 象 显示 ，泉 州湾 跨
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Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ ８—１ ４ ０ ２ （ ２ ０ １ ３） ０ ２—０ １ ８ ９一 Ｏ ５
泉 州湾 跨 海 大桥 全 桥 气 弹 模 型 风 洞 试 验 研 究①
杨 朝 晖
（ 同济大学土木工程防灾国家重点实验 室 。 桥 梁结构抗风技术交通行业重点实验窒 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ２）
海大 桥所 在 位 置 １ ０ ｍ 高 度 处 平 均 年 最 大 风 速 为 Ｕ １ ０ ＝３ ４ ｍ ／ ｓ ． 按 照文 献 点 ［ ５ ］和 桥 位 地 形 情 况 ．
注： 标 准误 差 等 于实 测 值 除 以 目标 值减 １ ， 频
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表 ２ 最大单
振型 实桥频率 模 型频率 ～ 计算值 （ Ｈ ｚ ） 设计值 实测 值
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变化 图． 在紊 流 场之 中 由于抖 振 加剧 ，主 梁 的扭 转 位移 比均匀 流场 中 明显 增 大． 图 ３是 主跨 中断面 中 心 的竖 向振 幅根 方 差 随 风 速 的 变化 ， ． 桥 梁 设 计者
１ 结构动力有 限元计算模型
运用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限元 分析 软件对 该桥 的成桥 状 态 和施 工状 态分 别 进行 了动 力特性 计算 分析． 得 出 泉 州湾跨 海 大桥 的竖 弯 、 测 弯 和 扭 转频 率 ． 在 进行 风 洞试验 前 ， 分 别通 过锤 击 法 、 自由振 动法 以及模 态 识别 法测 试风 洞 内 的模 型模 态 来 检 验模 型 是 否 和实桥 动力 特性 相 似 ， 测试 结果 见表 １ ， 表２ ．
风性 能． 风 洞试 验结 果表 明 ， 该桥 具 有较好 的颤振稳 定性 ．
关键 词 ： 门型 塔 ； 动 力 特性 ； 风 洞试验 ； 双 幅桥 中 图分类 号 ： Ｕ ４ ２ ２ ． ５ 文 献标识 码 ： Ａ
０ 引 言
随着 新 的施工 技 术 的发展 和交 通 量 日益 变 大 的现实需 求 ， 越 来 越 多 的大 跨 度 桥 梁 开 始 设 计 建 设， 而大跨 度桥 梁 中 的悬 索 桥 、 斜 拉桥 是 属 于 柔 性 结构 ， 众 所周 知 柔 性 结 构 在 风 的作 用 下 很 容 易 发 生颤 振 、 抖 振和 涡激 振动 等 风致 振 动 响应 ，而 大跨 度桥 梁 中的悬 索桥 、 斜 拉桥 均 属 于柔 性 结 构 ． 因此 大跨 度桥 梁 的风洞试 验 是很 有必 要 的． 已经有 很多 文献 都对 大跨桥 梁 的抗风 试验 进 行 了描 述 Ｌ 】 Ｊ ． 泉 州湾 跨海 大桥 为 一 座 分 幅 叠 合 梁 斜 拉 桥 ，属 于 大 跨 度柔 性 结 构 ，并 且 主 梁 自重 比较 轻 ，对 风 的响
表１ 成 桥 状态 实桥 和模 型主 要 固有动 力特 性
应 比较敏感 ， 为确保其泉州湾跨海大桥的风致稳定 性， 风 洞试 验 中选 取 了几何 缩 尺 比为 １ ： １ １ ０的全 桥气弹模型． 泉州湾跨海大桥 主桥 全长 ８ ０ ０ ｍ，由
４ ０ ０ ｍ 的主跨 、 １ ３ ０ ｍ 的辅 跨及 两侧 对 称 布 置 的 ７ ０ ｍ 边跨 组成 ． 三柱 式 门 形塔 设 置 上 梁 ， 两 幅桥 净 距 为
固有动力特性
模 型频率 误差 模型实测 （ ％ ） 阻尼 比（ ％）
可以通过计算得知成桥主梁的颤振临界风速 和设
计基 准风 速 ． 根 据 要 求 在 施 工 阶 段 选 取 重 现 期 为
２ ０年 的设计 风 速．
①
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ２— ２ ２
作者 简介： 杨朝 晖（ １ ９ ８ ８ 一） 男， 内蒙古 赤峰人 ， 同济大学土木工程防灾 国家重点实验室 ， 硕士研究生
第 ２期
杨朝 晖 ： 泉 州湾跨 海 大桥 全桥 气 弹模 型风 洞 试验研 究
一 ｍ） 菩 厘 旧 槭 廿嘏
０ ０ １ １ １ １ Ｏ
１ ９ １
紊流风 作用 下 的抖振 响应 ． 由于风 洞 中格栅 的衰减
作用 ， 紊流场 中试验 风速 要低 于均匀流中的试验 风速 ，为 ０ ｍ ／ ｓ —８ — ｎ ／ ｓ ，对 应 的 实 桥 风 速 为 ０ — ８ ４ ｍ ／ ｓ， 实 验 中 的最 大 风 速 所 对 应 的实 桥 风 速要
摘
要： 泉 州湾跨 海 大桥 为主 跨 ４ ０ ０ ｍ 的分 幅 叠合 梁斜拉 桥 ， 运用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软 件 对 成桥 状 态及
施 工状 态进 行动 力特 性 分析 ，并依 托 全桥 气 弹模 型风 洞试 验 ， 采用 １ ： １ １ Ｏ的 几何 缩尺 比进 行 成 桥 状 态和施 工状 态的颤振 及抖 振 试验 ，测 定颤 振 临界 风 速及 抖 振 响 应 ， 据 此 分 析评 估 该桥 的抗
第３ １长 第 ２期
２ ０ １ ３ 年 Ｏ 自 然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｊ ｉ ａ ｍ ｕ ｓ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）