5000m特大跨度懸索橋空氣動(dòng)力穩(wěn)定性風(fēng)洞試驗(yàn)研究

邵亞會(huì)，葛耀君，柯世堂，楊詠昕

（1.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，合肥 230009；2.同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092）

5000m特大跨度懸索橋空氣動(dòng)力穩(wěn)定性風(fēng)洞試驗(yàn)研究

邵亞會(huì)1，2，葛耀君2，柯世堂2，楊詠昕2

（1.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，合肥 230009；2.同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092）

伴隨跨海大橋建造時(shí)代的來(lái)臨，特大跨度懸索橋的空氣動(dòng)力性能研究日益緊迫，設(shè)計(jì)了中跨跨度為5000m的寬開(kāi)槽和窄開(kāi)槽鋼箱梁懸索橋方案，實(shí)現(xiàn)了5000m特大跨度鋼箱梁懸索橋的節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)，研究了寬開(kāi)槽和窄開(kāi)槽兩種方案的顫振性能，識(shí)別了其顫振導(dǎo)數(shù)、顫振風(fēng)速、顫振頻率、三分力系數(shù)等重要參數(shù)；其次在風(fēng)洞試驗(yàn)中研究了多種穩(wěn)定板組合方案對(duì)窄開(kāi)槽鋼箱梁的顫振控制作用，發(fā)現(xiàn)中央穩(wěn)定板和上穩(wěn)定板的組合能將顫振臨界風(fēng)速提高50%；最后提出了適用于特大跨度懸索橋的二維顫振Straight－forward Method分析方法，對(duì)風(fēng)洞試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬，驗(yàn)證了該方法和節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)于5000m懸索橋分析結(jié)果的一致性。最終研究認(rèn)為：中央開(kāi)槽達(dá)到足夠?qū)挾鹊姆桨概c窄開(kāi)槽附加穩(wěn)定板的方案都能為跨度5000m的懸索橋提供足夠高的顫振失穩(wěn)臨界風(fēng)速，并能滿(mǎn)足世界上絕大多數(shù)臺(tái)風(fēng)區(qū)的要求。

二維顫振；特大跨度懸索橋；直接分析方法；氣動(dòng)穩(wěn)定性；風(fēng)洞試驗(yàn)

0 引 言

21世紀(jì)，新一輪建造更大跨度橋梁的跨海連島工程正在醞釀或?qū)嵤?－2］，以中國(guó)為例，其地處太平洋西岸，海岸線長(zhǎng)4500km，江河入海口眾多，三大海峽交通工程和主要江河入?？诮煌üこ痰慕ㄔO(shè)在近年來(lái)逐漸提上議事日程［3］，主要有：中國(guó)沿太平洋高速公路工程（跨越渤海海峽、長(zhǎng)江口、杭州灣、珠江口和瓊州海峽）、舟山連島工程、臺(tái)灣海峽工程。

懸索橋跨徑記錄保持時(shí)間最長(zhǎng)的為金門(mén)大橋，從1937～1964年長(zhǎng)達(dá)27年，保持時(shí)間第二長(zhǎng)的為威廉姆斯伯格橋，從1903～1924年長(zhǎng)達(dá)21年。綜合自1826年以來(lái)懸索橋跨徑的演變歷程，圖1給出了懸索橋跨徑記錄隨歷史年代的變化，并按照五次曲線擬合了跨徑與時(shí)間的關(guān)系，預(yù)測(cè)了2012～2050年約40年內(nèi)懸索橋跨徑增長(zhǎng)趨勢(shì)。按照目前的發(fā)展速度，在未來(lái)的幾十年中懸索橋跨徑將達(dá)到驚人的10000m，這里暫不考慮材料、技術(shù)、造價(jià)、政治等其它因素的制約。位于風(fēng)環(huán)境中的特大跨度懸索橋其空氣動(dòng)力和靜力穩(wěn)定性直接關(guān)系到生命安全，對(duì)特大跨度懸索橋的抗風(fēng)穩(wěn)定性能的研究十分緊迫。

圖1 懸索橋的跨徑記錄擬合與預(yù)測(cè)Fig.1 Span fitting and prediction of suspension bridges

在已有特大跨度懸索橋的設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下，提出了兩塔三跨式5000m特大跨度鋼箱梁懸索橋的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)方法，檢驗(yàn)了各方案的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性，最后提出了適用于特大跨度懸索橋二維顫振分析的Straight－forward method，與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果相互校核，該方法的計(jì)算效率高，無(wú)頻率迭代誤差，對(duì)于顫振臨界風(fēng)速和顫振頻率的計(jì)算與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。

1 5000m懸索橋方案設(shè)計(jì)

K.Kazama［4］認(rèn)為對(duì)于桁架梁懸索橋，單純提高加勁梁豎向或側(cè)向剛度對(duì)提高懸索橋整體的顫振失穩(wěn)臨界風(fēng)速幾乎沒(méi)有作用，而當(dāng)提高加勁梁扭轉(zhuǎn)剛度為原來(lái)的2倍時(shí)，顫振臨界風(fēng)速可提高20%；提高主纜強(qiáng)度為原來(lái)的1.2倍時(shí)，顫振臨界風(fēng)速不變，即通過(guò)改變主纜強(qiáng)度提高顫振臨界風(fēng)速的措施是不現(xiàn)實(shí)的；提高橋塔剛度為原來(lái)的2倍時(shí)，顫振臨界風(fēng)速僅僅升高6%。葛耀君、項(xiàng)海帆［1］的研究結(jié)論認(rèn)為：對(duì)于特大跨徑的懸索橋來(lái)說(shuō)，主纜的剛度主要取決于主纜的面積，而主纜的面積要從滿(mǎn)足自身靜力設(shè)計(jì)的要求出發(fā)；加勁梁對(duì)整體扭轉(zhuǎn)剛度的貢獻(xiàn)要比對(duì)整體抗彎剛度的貢獻(xiàn)要大，但是5000m跨徑的懸索橋，加勁梁的剛度卻大大受到了限制；橋塔的剛度主要影響結(jié)構(gòu)整體的豎彎剛度，對(duì)側(cè)彎和扭轉(zhuǎn)剛度的影響甚小。

因此，設(shè)計(jì)特大跨度懸索橋方案時(shí)，從空氣動(dòng)力穩(wěn)定性的角度看，不必刻意提高加勁梁剛度、主纜剛度和強(qiáng)度以及橋塔的剛度?；谏鲜鲈O(shè)計(jì)思想，并受直布羅陀海峽橋和墨西拿海峽橋的諸多設(shè)計(jì)方案的啟發(fā)［5－6］，設(shè)計(jì)了中跨跨徑為5000m的兩種加勁梁開(kāi)槽方案懸索橋，每種方案各設(shè)計(jì)了4種矢跨比的分方案，加勁梁斷面形式如圖2所示，加勁梁與主纜的主要參數(shù)如表1所示，基本自振頻率如表2所示。

圖2 5000m懸索橋加勁梁設(shè)計(jì)方案Fig.2 Trial design of girders for suspension bridge with a main span of 5000m

2 風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ图庸?/h2>

試驗(yàn)選取5000m跨度懸索橋的第一階正對(duì)稱(chēng)豎彎和第一階正對(duì)稱(chēng)扭轉(zhuǎn)作為二維節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)的模型設(shè)計(jì)依據(jù)。因5000m特大跨度懸索橋的節(jié)段模型加勁梁寬度較大，高寬比很小，加工主要難點(diǎn)在于如何保證模型的整體和局部剛度，尤其是保證寬開(kāi)槽加勁梁的橫向剛度，為此采取了以下措施：

表1 加勁梁與主纜的主要截面參數(shù)Table 1 Main parameters of girder and cable

表2 基本自振頻率Table 2 Natural frequencies of the trial design

（1）鋁合金的焊接：采用鋁合金攪拌摩擦焊，它是一種固態(tài)連接工藝，焊接時(shí)不會(huì)出現(xiàn)熔焊時(shí)的各種缺陷，接頭性能良好。焊接前，先搭建模具，嚴(yán)格按照鋁合金芯梁的最終成型狀態(tài)搭建焊接模具，保證焊接的精度和可靠度，同時(shí)也保證了模型骨架的剛度，如圖3所示。芯梁端部采用型材進(jìn)行加強(qiáng)，保證其和端板連接時(shí)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，這對(duì)于寬開(kāi)槽斷面尤為重要。

圖3 焊接模具的架設(shè)Fig.3 Erection of the welding mold

（2）采用細(xì)木工板雕刻各種形狀的鏤空夾板，采用榫卯結(jié)構(gòu)將其固定于模型芯梁的周?chē)U空夾板在提高模型整體剛度的同時(shí)，減輕模型整體質(zhì)量。夾板的高精度切割和拼裝，也大大降低了模型阻尼比，試驗(yàn)證明模型總阻尼比為0.39%，如圖4所示。加勁梁外衣由椴木切割而成，剛度大且密度小，也保證了模型的整體剛度。

（3）穩(wěn)定板有兩種制作模式，一是全部采用ABS板雕刻，二是采用輕質(zhì)鋁合金切割。防撞護(hù)欄和人行道欄桿采用ABS板雕刻。水平穩(wěn)定板與欄桿等附屬構(gòu)件均通過(guò)全螺紋螺絲定位于橋面板上，中央穩(wěn)定板則通過(guò)卡槽固定于橋梁的中軸線上，可拆卸。

（4）風(fēng)嘴為智能化風(fēng)嘴，全部可拆可換，通過(guò)細(xì)長(zhǎng)螺絲將其與加勁梁主體結(jié)構(gòu)拼接為整體，方便在氣動(dòng)措施控制研究中進(jìn)行方案對(duì)比。

加勁梁節(jié)段模型測(cè)振試驗(yàn)?zāi)M結(jié)構(gòu)豎向和扭轉(zhuǎn)方向兩個(gè)自由度的振動(dòng)特性，水平來(lái)流方向即阻力方向的振動(dòng)特性沒(méi)有模擬。節(jié)段模型采用幾何縮尺比為1∶80，為了提高窄開(kāi)槽斷面的空氣動(dòng)力性能，設(shè)計(jì)了配套使用的中央穩(wěn)定板，上水平穩(wěn)定板，下水平穩(wěn)定板和可拆卸調(diào)換的智能化風(fēng)嘴。這里需要說(shuō)明的是，對(duì)于寬開(kāi)槽和窄開(kāi)槽兩種加勁梁斷面形式，兩者的單側(cè)加勁梁的質(zhì)量和質(zhì)量慣矩是相同的，橫梁的質(zhì)量和質(zhì)量慣矩也是完全相同的，唯一不同的是兩種斷面形式中橫梁的長(zhǎng)度。

3 風(fēng)洞試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果

節(jié)段模型測(cè)振試驗(yàn)是在同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室TJ－2邊界層風(fēng)洞中進(jìn)行的，主要測(cè)振試驗(yàn)設(shè)備如下：TJ－2邊界層風(fēng)洞，高2.0m，寬2.5m，長(zhǎng)30m，可調(diào)風(fēng)速1～68m／s；壓電式加速度傳感器：CA－YD－103型；六通道測(cè)振放大器：YE5866電荷放大器；四通道動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀：HP35670A信號(hào)分析儀；計(jì)算機(jī)采樣系統(tǒng)：NI采樣板，計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)軟件；底支式五分量高頻測(cè)力天平；供橋直流穩(wěn)壓電源。

3.1 窄開(kāi)槽斷面測(cè)振試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于窄開(kāi)槽斷面，分別進(jìn)行了中央穩(wěn)定板和水平穩(wěn)定板的多種組合方案的顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別和顫振性能研究。窄開(kāi)槽斷面方案的顫振臨界風(fēng)速如表3所示，其中含上穩(wěn)定板的兩種方案效果最好，顫振臨界風(fēng)速最高，達(dá)到60m／s，說(shuō)明上水平穩(wěn)定板的顫振控制效果最佳。因此對(duì)于上穩(wěn)定板方案，進(jìn)行了詳細(xì)研究，分別進(jìn)行了包括防撞護(hù)欄和檢修車(chē)軌道的5種風(fēng)迎角下的顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)顫振臨界風(fēng)速最高可達(dá)68m／s，負(fù)迎角時(shí)的效果較差，如表3所示。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，獲得的顫振導(dǎo)數(shù)如圖5所示。

表3 窄開(kāi)槽斷面測(cè)振風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Wind tunnel test results for narrow slotted girder

圖5 窄開(kāi)槽加勁梁方案各種穩(wěn)定板組合工況顫振導(dǎo)數(shù)Fig.5 Aerodynamic derivatives of narrow slotted girder with the combination of stabilizers

3.2 寬開(kāi)槽斷面測(cè)振試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于寬開(kāi)槽斷面，分別檢驗(yàn)了0°、±3°、±5°三個(gè)迎角下的顫振穩(wěn)定性，顫振臨界風(fēng)速均大于80m／s，證明了寬開(kāi)槽斷面在5000m懸索橋中的可行性。試驗(yàn)過(guò)程中，獲得的顫振導(dǎo)數(shù)如圖6所示，需要說(shuō)明的是，這里只識(shí)別了0°迎角下的顫振導(dǎo)數(shù)，一是因?yàn)閷掗_(kāi)槽斷面的寬度較大，當(dāng)設(shè)置初始迎角時(shí)，斷面邊緣兩側(cè)的相對(duì)位移較大，容易導(dǎo)致模型側(cè)翻；二是因?yàn)?000m方案的懸索橋，整體剛度很小，高風(fēng)速時(shí)模型的初始位移較大，易使彈簧退出工作狀態(tài)，故而只好放棄較大迎角下的顫振導(dǎo)數(shù)識(shí)別，這是自由振動(dòng)衰減法識(shí)別顫振導(dǎo)數(shù)的局限性。對(duì)于寬開(kāi)槽和窄開(kāi)槽方案，顫振發(fā)生時(shí)均為豎彎和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)烈耦合的顫振形態(tài)。

測(cè)力試驗(yàn)獲得的三分力系數(shù)如圖7所示，分別為窄開(kāi)槽斷面和寬開(kāi)槽斷面在成橋運(yùn)營(yíng)階段的三分力系數(shù)。

圖6 寬開(kāi)槽斷面顫振導(dǎo)數(shù)Fig.6 Aerodynamic derivatives of wide slotted girder

圖7 成橋狀態(tài)三分力系數(shù)Fig.7 Three coefficients in completed bridge state

4 Straight－forward Method顫振性能分析

傳統(tǒng)復(fù)模態(tài)特征值分析方法［7－10］（CEVA）解決二維顫振問(wèn)題時(shí)，顫振頻率的求解需對(duì)頻率進(jìn)行預(yù)先選取和循環(huán)迭代，這種做法的缺點(diǎn)為：特大跨度懸索橋扭彎頻率比接近于1時(shí)，可能導(dǎo)致頻率迭代不收斂的情況；迭代運(yùn)算的時(shí)間較長(zhǎng)。為改進(jìn)上述算法的缺點(diǎn)，本文基于傳統(tǒng)復(fù)模態(tài)特征值分析方法和費(fèi)拉里求解一元四次方程的思路，提出了特大跨度懸索橋二維顫振直接分析方法（Straight－forward method），該方法在特大跨度懸索橋二維顫振分析中無(wú)需頻率迭代，計(jì)算時(shí)間短。傳統(tǒng)的復(fù)模態(tài)顫振分析方法（CEVA－Conventional Complex Eigenvalue Analysis）求解顫振臨界風(fēng)速和顫振頻率的搜索過(guò)程中，有兩重迭代，包括頻率的迭代（為了搜索與之對(duì)應(yīng)的顫振導(dǎo)數(shù)）和各級(jí)風(fēng)速的迭代（為了尋找顫振臨界風(fēng)速值），假設(shè)搜索的頻率級(jí)數(shù)為20，每級(jí)風(fēng)速下頻率的搜索次數(shù)為20，則完成一次顫振全過(guò)程分析需要400次迭代。而對(duì)于Straight－forward method，假設(shè)搜索的頻率級(jí)數(shù)為20，每級(jí)風(fēng)速下頻率的計(jì)算次數(shù)只為1，則完成一次顫振全過(guò)程分析需要20次迭代，計(jì)算效率相差20倍。從計(jì)算的時(shí)間來(lái)看，直接分析方法即使完成1000個(gè)風(fēng)速級(jí)數(shù)的迭代，計(jì)算時(shí)間也不超過(guò)30s，大大簡(jiǎn)化了二維顫振分析的步驟，同時(shí)也更適用于特大跨度懸索橋的顫振性能研究。

二維顫振分析模型有豎向h和扭轉(zhuǎn)向α兩個(gè)自由度，運(yùn)動(dòng)方程為［11］：

其中，m和It為節(jié)段模型延米質(zhì)量和質(zhì)量慣矩；kh和kt分別為豎彎和扭轉(zhuǎn)剛度；ch和ct分別為豎彎和扭轉(zhuǎn)阻尼比；L和M 分別為延米氣動(dòng)升力和升力矩；ρ為空氣密度；U 為來(lái)流平均風(fēng)速；B為橋梁寬度；K＝Bω／U，是無(wú)量綱折減頻率；ω為振動(dòng)圓頻率；h和α分別為橋梁斷面的豎向和扭轉(zhuǎn)位移；H＊和A＊分別為豎彎向和扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)。二維顫振問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求解二維復(fù)特征值問(wèn)題，即轉(zhuǎn)化為求解式（1）的復(fù)特征值和特征向量問(wèn)題，最終轉(zhuǎn)化為求解如下一元四次方程的問(wèn)題：

求解該方程的步驟分為：

第一步：將方程轉(zhuǎn)化為無(wú)三次項(xiàng)的四次方程

第二步：將方程轉(zhuǎn)化為三次方程

第三步：求解三次方程

第四步：得到四次方程的通解

求解出特征值和特征向量之后，即得到了二維顫振系統(tǒng)隨風(fēng)速變化的振動(dòng)頻率和振動(dòng)阻尼比，而振動(dòng)系統(tǒng)在顫振發(fā)散狀態(tài)之前的每個(gè)時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)方程的通解可以表達(dá)為：

采用上述方法和風(fēng)洞試驗(yàn)識(shí)別的顫振導(dǎo)數(shù)，對(duì)窄開(kāi)槽和寬開(kāi)槽方案的多種試驗(yàn)工況進(jìn)行了二維顫振性能分析，得到的主要顫振臨界風(fēng)速和頻率如表4和5所示。研究發(fā)現(xiàn)：無(wú)論是寬開(kāi)槽斷面方案還是窄開(kāi)槽方案，矢跨比對(duì)于顫振臨界風(fēng)速和顫振頻率的影響均不大；對(duì)于窄開(kāi)槽加勁梁方案，上穩(wěn)定板和上穩(wěn)定板與中央穩(wěn)定板組合方案的顫振控制效果最佳，比無(wú)穩(wěn)定板時(shí)的顫振臨界風(fēng)速提高約50%，下穩(wěn)定板的顫振控制效果不明顯；對(duì)于寬開(kāi)槽加勁梁方案，顫振臨界風(fēng)速在多個(gè)迎角下均大于80m／s。以上所有的計(jì)算工況中，均未出現(xiàn)頻率迭代不收斂的情況，且計(jì)算時(shí)間短，計(jì)算效率高。

表4 窄開(kāi)槽斷面顫振性能分析Table 4 Flutter performance of narrow slotted girder

表5 寬開(kāi)槽斷面顫振性能分析Table 5 Flutter performance of wide slotted girder

5 試驗(yàn)結(jié)論

對(duì)5000m特大跨度兩塔三跨式鋼箱梁懸索橋的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)的風(fēng)洞試驗(yàn)研究，得出了如下結(jié)論：

（1）實(shí)現(xiàn)了5000m特大跨度懸索橋的節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)，完成了高精度高強(qiáng)度的節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ图庸?，從鋁芯梁的焊接工藝和椴木板材的加工等方面對(duì)傳統(tǒng)的節(jié)段模型加工方法進(jìn)行了改進(jìn)。

（2）基于Straight－forward Method的特大跨度懸索橋二維顫振性能分析方法與基于節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果吻合良好且計(jì)算效率高，不僅驗(yàn)證了本分析方法的可靠性，同時(shí)也證明建造跨度為5000m的懸索橋，從空氣動(dòng)力穩(wěn)定性的角度來(lái)說(shuō)是可行的。

（3）從二維顫振的角度看，無(wú)論是中央開(kāi)槽達(dá)到足夠?qū)挾鹊姆桨?，還是窄開(kāi)槽但設(shè)垂直及水平穩(wěn)定板的組合方案都能給跨度達(dá)5000m的懸索橋提供足夠高的顫振失穩(wěn)與扭轉(zhuǎn)發(fā)散臨界風(fēng)速，并能滿(mǎn)足世界上絕大多數(shù)臺(tái)風(fēng)區(qū)的要求。

［1］GE Y J，XIANG H F.Aerodynamic challenges in long span bridges［C］／／Keynote paper in the Proceedings of Centenary Conference of Institution of Structural Engineering，2008：121－148.

［2］LIN T，CHOW P.Gibraltar strait crossing－a challenge to bridge and structural engineers［J］.Structural Engineering International，1991，1（2）：53－58.

［3］唐寰澄.世界著名海峽交通工程［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2004.

［4］KAZAMA K，YAMADA H，MIYATA T.Wind resistant design for long span suspension bridges［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1995，54：65－74.

［5］CLEMENTE P，NICOLOSI G，RAITHEL A.Preliminary design of very long－span suspension bridges［J］.Engineering Structures，2000，22（12）：1699－1706.

［6］COBO DEL ARCO D，APARICIO A S.Preliminary static analysis of suspension bridges［J］.Engineering Structures，2001，23（9）：1096－1103.

［7］MATSUMOTO M，KOBAYASHIA K，NIHARA Y，et al.Flutter mechanism and its stabilization of bluff bodies［C］／／Proceeding of the 9th International Conference on Wind Engineering，New Delhi，India，1995：827－838.

［8］WILDE K，F(xiàn)UJINO Y，MASUKAWA J.Time domain modeling of bridge deck flutter［J］.Structural Engineering and Earthquake Engineering，1996，13：93－104.

［9］MATSUMOTO M，DAITO Y，YOSHIZUMI F，et al.Torsional flutter of bluff bodies［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1997，69：871－882.

［10］YANG Y Y，GE Y J，XIANG H F.Coupling effects of degrees of freedom in flutter instability of long－span bridges［C］／／Proceedings of the Second International Symposium on Advances in Wind ＆Structures，Busan，2002：625－632.

［11］SARKAR P，HONES N，SCANALAN A.System identification for estimation of flutter derivatives［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1992，42（1－3）：1243－1254.

邵亞會(huì)（1981－），女，河北石家莊人，博士，講師，從事結(jié)構(gòu)與橋梁抗風(fēng)研究。通信地址：安徽省合肥市屯溪路193號(hào)合肥工業(yè)大學(xué)7號(hào)信箱（230009）；聯(lián)系電話(huà)：18225515462；E－mail：yahuishao＠hotmail.com

Wind tunnel test on the aerodynamic stability of super－long span suspension bridge with a main span of 5000m

SHAO Ya－h(huán)ui1，2，GE Yao－jun2，KE Shi－tang2，YANG Yong－xin2
（1.School of Civil Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China；2.State Key Laboratory for Disaster Reduction in Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China）

The bridge aerodynamic stability research is an urgent topic since bridge construction has entered into a new era of crossing wider sea straits.In this paper，a trial design of a 5000msuspension bridge with narrow and wide slotted steel boxes is conducted；then sectional model wind tunnel test is carried out as the first case of 5000msuspension bridge，identifying the flutter derivatives，flutter frequencies and three dynamic coefficients.Also the influence of various combination of additional stabilizers on vibration control of the narrow slotted girder are checked，finding out that the horizontal stabilizer above the narrow slotted girder can increase the critical flutter speed by 50%.Finally the Straight－forward Method for analysis of two dimensional flutter of super long span suspension bridge is proposed to check the wind tunnel results and research shows the compatibility of wind tunnel test and Straight－forward Method.Total conclusions can be drawn that both the wide slotted girder and narrow slotted girder with additional stabilizers can be feasible solutions for 5000msuspension bridge located in most of the typhoon prone areas around the world form the point of aerodynamic.

two－dimensional flutter；super－long－span suspension bridges；Straight－forward Method；aerodynamic stability；wind tunnel test

U441

A

1672－9897（2011）06－0038－07

2010－08－05；

2011－05－10

國(guó)家自然科學(xué)基金委重大研究計(jì)劃重點(diǎn)研究項(xiàng)目（90715039）及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助