施工風速下大跨懸索橋施工貓道舒適性評價

馬躍騰

(南寧市富申建設(shè)投資有限責任公司, 廣西南寧 530031)

[定稿日期]2017-09-07

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，目前越來越多的學者關(guān)注工作人員的舒適性。研究表明，人在振動的環(huán)境中，容易引起不舒適感。早期的研究主要是為衡量列車的運行品質(zhì)，并針對乘客的乘坐舒適性展開工作。大量的試驗研究奠定了舒適性評價方法研究的基礎(chǔ)，形成了包括Sperling指標、Janeway指標、Diekmann指標等在內(nèi)的舒適性評價指標，這些成果至今仍然是各國制定平穩(wěn)性和舒適性指標的依據(jù)。

由于風的脈動作用，貓道會產(chǎn)生振動。特別是目前上千米的大跨度貓道，由于剛度小、阻尼低，是風致振動的敏感結(jié)構(gòu)，在風的作用下，容易產(chǎn)生較大振幅的振動，嚴重的可以影響施工的正常進行。本文以某大跨懸索橋施工貓道為研究背景，施工貓道立面如圖1所示。

圖1 某大跨施工貓道立面

1 貓道風致振動計算參數(shù)

靜力三分力系數(shù)是貓道振動分析的主要計算參數(shù)，其定義式為：

風軸坐標系下的靜力三分力系數(shù)按下式定義：

阻力系數(shù)：

升力系數(shù)：

(1)

力矩系數(shù)：

圖2 安裝在風洞中的貓道節(jié)段模型

圖3 貓道靜力三分力系數(shù)曲線

在計算過程中，風速的風速譜按照我國JTG/T D60-01-2004《公路橋梁抗風設(shè)計規(guī)范》推薦的風速譜：

(2)

豎向脈動風速功率譜則采用Panofsky譜：

(3)

2 貓道抖振結(jié)果

本文定義最大施工風速為15 m/s，迎風側(cè)和背風側(cè)貓道豎向、橫向抖振位移均方根，典型位置處的抖振加速度均方根如圖4所示。最大施工風速(V10=15 m/s)貓道加速度響應RMS值見表1。

圖4 最大施工風速下貓道的風致抖振位移響應

3 舒適性評價指標

關(guān)于結(jié)構(gòu)振動引起人體不適的標準,目前國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的指標。人機工程學關(guān)于人對振動反應的評價指標是建立在大量實驗室試驗和現(xiàn)場實驗基礎(chǔ)上的,最為常用的是用一定形式的加速度指標αk作為判斷依據(jù),根據(jù)αk所處的范圍來確定人的振感,即

表1 最大施工風速(V10=15 m/s)貓道加速度響應RMS值 cm/s2

(4)

(5)

振動劑量VDV定義為：

(6)

式中：VDV為換算的振動劑量(單位為m·s-1.75)；α(t)為根據(jù)振動頻率加權(quán)后的振動加速度(由于貓道結(jié)構(gòu)柔，自振頻率低，頻率加權(quán)系數(shù)按1計算，則α(t)取為加速度的均方根值);晝間時間按7:00～23:00考慮，共16 h(計算時以s計)，夜間時間按23:00～7:00考慮，共8 h(計算時以s計)。振動劑量限值如表2所示。

表2 振動劑量限值 m·s-1.75

當風速V10=15 m/s情況下，橫向振動加速度均方根的最大值出現(xiàn)在貓道迎風側(cè)中跨跨中，為8.44 cm/s2。由此換算得到的晝間振動劑量為1.3 m·s-1.75，夜間振動劑量為1.1 m·s-1.75；豎向振動加速度均方根的最大值出現(xiàn)在貓道中跨跨中，為7.24 cm/s2。由此換算得到的晝間振動劑量為1.1 m·s-1.75，夜間振動劑量為0.94 m·s-1.75。橫向與豎向晝間振動劑量未超限，而夜間振動劑量超限。

若考慮夜間不進行施工，則風速15 m/s情況下的舒適性滿足要求。需要說明的是，上述標準是針對于永久建筑，而對于是施工貓道臨時結(jié)果，可以放寬要求到原來的2倍，即施工貓道的施工舒適性亦能得到保障。

4 結(jié)論

通過對某施工貓道的風致響應分析，可以得出在最大施工風速六級大風時，最大的豎向和側(cè)向加速度RGZ值分別為10.16 cm/s2和10.71 cm/s2，參考英國規(guī)范BS 6472-1∶2008 Guide to evaluation of human exposure to vibration in buildings, 貓道的施工舒適度滿足要求。

[1] 韋世國, 廖海黎, 趙有明, 等. 潤揚大橋懸索橋施工貓道抗風穩(wěn)定性分析[J]. 橋梁建設(shè)，2004(4)： 1-3.

[2] 樂云祥,常英,胡曉倫. 武漢陽邏長江大橋施工貓道抗風穩(wěn)定性分析[J]. 公路交通科技，2005,22(8): 40-60.

[3] 〔英國〕 BS 6472-1∶2008 Guide to evaluation of human exposure to vibration in buildings[S].