斜拉桥拉索振动及其减振措施

生疲劳裂纹 ， 破坏索 的防腐蚀系统 ， 严重 的还会造 成索 的失效【 。索 的振动还会 引起 司乘人员 的不 舒适 ， 质疑桥梁 的安全性 。 并 拉索振动及其控制已 成 为 大 跨 度 斜 拉 桥 需 要 研 究 解 决 的 关 键 问 题 之
一
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国内外对斜拉索减振进行 了许 多研究 ，提出 了多种减振技术［ｏ 如采用辅 助索 、 ６］ －。 ２ 粘性阻尼器 、 振动吸收器 、 粘性阻尼器 、 磁流变阻尼器等多种减
振方法 。 本 文对 斜 拉 桥 拉 索 常 见 的振 动形 式 进 往表现 为拍振 ， 动 振 能 量在拉 索 和桥梁 之 间转 换【， 参数共 振 的典 型 形态见 图 １ 因为桥梁设计 时均要考虑避免参 数 。 共振 的发生 ， 以实 际桥梁 结构一般不 会 出现此 所
振动 及其 振动机 理 ， 拉索振 动控 制措施 与技 术 ， 对斜 拉桥 拉索振 动 与减振 问题 具有一 定 的参考 作用 。
关键 词 ： 拉桥 ； 斜 拉索 ； 动 ； 振 减振
中 图分类号 ： ４ １ 文献 标识 码 ： 文章 编号 ：０ ９ ７ １ （ ０ ７ ０ — ０ ７ ０ Ｕ４． ３ Ａ １０ — ７ ６ ２ ０ ）３ ０ ３－ ４
式 中： 为风速 ； 为拉 索直径 ； Ｓ ｏｈｌ ， 为 ｔ ｕａ 数 对 ｒ 圆形 断面的二维柱体 而言 ， 其值为 ０２ ．。当漩涡脱 落频率和拉索某 阶固有频率相等 时 ，便发生涡激 共振 。 在 Ｋ ｒ ａ 涡 的作用 下 ， ａ ｎ ｍ 拉索 的大幅振 动以基 频或低 频 出现 ，而根据 实际拉 索频 率和 Ｓ ｏｈｌ ｔ ｕａ ｒ 数 的分析 ，拉索低 频涡激振动 的临界 风速一般仅 为 ０５ ２ｍｓ ． ／ ～ 。如此低 的风速所产 生的涡激力 ， 难 以提供激起拉索的低频 大幅振动 的能量 。 １２ 参 数 共 振 （ ａａ ｔｒｒｓ ｎ ｎ ｅ ． Ｐ ｒｍｅｅ ｅｏ ａ ｃ ） 斜 拉桥 拉索 的上 、 下端 分 别与 桥塔 、 面 相 桥 连接 。桥梁在 风作用下 以频率发生抖 振 ， 当正好 等 于拉 索某 阶模 态频率 的 ２倍 时 ， 拉索 即发生参
１４ 风 雨激 振 （ ｎ —ａｎｉ ｕｅ ｉｒｔ ｎ ． Ｗｉｄ ｒｉ ｎ ｃ ｄｖｂａｉ ） ｄ ｏ
析， 介绍和评述 了现有 的拉索减振措施 ， 对认 识斜 拉桥拉索振动机理及采取相应 的减 振措施具 有一 定 的参 考 作 用 。
１ 斜拉 桥拉 索振 动
１１ ａ ｍａ ． Ｋ ｒ ｎ涡激 共振 （ ｏｔｘｓ ｅ ｄｎ Ｖ ｒ ｈ ｄ ｉｇ） ｅ
０ 前言
拉索是斜拉桥的关键构件之一 ，承受及传递 着 桥 梁 的 全部 荷 载 。 随着 斜 拉 桥 跨 度 的增 大 ， 目前 最长 的斜拉桥拉索 长度 已超过 ５０ｍ。拉索具有 ０ 很小的刚度和阻尼 ，拉索往往具有很低 的固有频
率和极低的模态阻尼 比 ，在外部激励 下极 易发 生 大幅振动【】 ¨ 。特别是在风雨气候条件下拉索发生 的所谓风雨 振现象 ，引发 的振幅最 大可达 到拉 索 直径 的 ３ ５ 。斜拉索 的振动特别是 风雨 振引起 ～倍 的大幅振动容易引起 索的疲劳 ， 索锚结合 处产 在
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２０ 年 ３月第 ３ ０７ 期
城 市道 桥 与 防 洪
桥梁结构
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斜 拉桥拉 索振 动 及其减 振措 施
黄 红 梅
（ 湖南 资 兴市市 政工 程公 司 ， 湖南 资兴 ４ ３０ ） ２４ ０ 摘 要： 拉索是 斜拉 桥 的关键构 件 ， 承受 桥梁 的全部 荷载 ， 风 （ ） 作用 下容 易产生 大 幅振动 。该 文介绍 了拉 索的 常见 在 雨 等
收 稿 日期 ：０ ６ １－ ３ ２ ０ — １ ２
作者简 介： 红梅 （ ９ ８ ） 女 ， 黄 １６ ＇ ， 湖南人 ， 工程师 ， 事市政 工 从
程建设 施工 工作 。
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桥梁结构
城 市道 桥 与 防 洪
２０ 年 ３ ０７ 月第 ３ 期
类振动 。 １３ 尾 流 驰 振 （ ｋ ａｌｐｎ ． Ｗａ ｅ ｇ ｌ ｉ ｏ ｇ） 两索沿 风向斜列 时 ，来流方 向的下游拉索 发 生 比上游拉索更强烈 的风致振 动【 】 上游拉索的 。 Ｊ Ｉ ８ 尾流 中存在一个不稳定的驰振区 ，如果下游拉 索 正好位于这一不稳定区中 ， 其振动就会不断加大 ， 直至达到一个稳态大幅度的极 限环。当两拉索 相 距较远 ， 出尾流驰振不稳定 区时， 超 就不会发生尾 流驰振 。
Ｒｍ Ｉ 、 ａ ａＸ桥 日本 的 名 港 西 桥 报 道 的 拉 索 振 幅 甚 至
拉 索横断 面一般为 圆形 。 当风流经过索时 ， 在 其横断面尾流 中将 出现交替脱落 的漩 涡 ，此 即所 谓 的 Ｋｒａ ａ ｎ涡漩 。研究 表明 ， ｍ 漩涡脱 落频率 由下 式 描 述 【： 】
（） １
１８ ９４年 日本 学者 Ｈｋｍ 第一 次提 出 了风 雨 ｉ ｉ ａ 激振概 念【 。所谓风雨激振 ， 是指风 、 雨共 同作 用 引起 的拉索大幅振动现象 ， 简称为雨振或风雨 振 ， 它是 目前所 有拉索风致振 动 中最强 烈 的一种 ， 在 许 多 斜拉 桥 上都 观察 到 了 这种 现象 【ｌ。如 Ｈｋｍ Ⅻ ． ３ ｉａ ｉ 观察 到直 径 １０ｍ ４ ｍ的斜拉 索在 １ｍｓ 速下 振 ４ ／风 幅 达 到 １５ｍｍ； ７ 日本 的 Ａ ａｔ 在 建造 时 就 有 强 ｒｓ ｕ桥 烈 的索振 动 ， 观察 到 的最 大振幅 为 ３ ０ｍ 大约 ０ ｍ， 是 拉索 直径 的 ２倍 ；法 国 的布鲁 东桥 、泰 国的