部分斜拉橋動(dòng)力特性及顫振穩(wěn)定性分析

靳冰冰

摘? 要：隨著近幾年我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快，我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展水平也在不斷提升。部分斜拉橋在我國(guó)城市橋梁和公路施工過(guò)程中得到了非常廣泛的應(yīng)用，其不僅能夠在一定程度上提高橋梁的美觀度和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還能提高城市橋梁施工的便捷性和質(zhì)量。本文就部分斜拉橋動(dòng)力特性及顫振穩(wěn)定性進(jìn)行研究，希望能夠在一定程度上提高部分斜拉橋的使用性能。

關(guān)鍵詞：部分斜拉橋;波形鋼腹板;數(shù)值模擬;顫振穩(wěn)定性論文類(lèi)型：應(yīng)用研究

相較于其他國(guó)家而言我國(guó)部分斜拉橋的引進(jìn)相對(duì)來(lái)講比較晚，但是和其他橋梁相比其的結(jié)構(gòu)非常嚴(yán)謹(jǐn)，性能非常優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)性也非常高。其的引進(jìn)不僅在一定程度上提高了我國(guó)橋梁施工管理的水平，還在一定程度上完善了我國(guó)的橋梁施工技術(shù)，促進(jìn)了我國(guó)斜拉橋的進(jìn)一步發(fā)展。斜拉橋是我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)中非常常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)，其主要由索塔、斜拉索、主梁組成，并且其還有著易于維修、跨越性非常好、外形非常美觀的特點(diǎn)。

1 部分斜拉橋的特點(diǎn)分析

1.1 塔梁固結(jié)梁墩分離體系

在進(jìn)行斜拉橋連續(xù)結(jié)構(gòu)施工的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)應(yīng)用到塔梁固結(jié)梁墩分離體系，這一施工體系的特點(diǎn)主要是在橋墩和梁體之間設(shè)置支座，對(duì)梁體和橋塔進(jìn)行固結(jié)處理，在進(jìn)行斜拉橋施工的過(guò)程中，其塔腳的部分承受的力并不是非常大，在對(duì)其進(jìn)行索力平衡處理的條件下進(jìn)行斜拉橋施工梁和塔固結(jié)位置的彎矩非常小，這樣不僅會(huì)在一定程度上降低橋梁的軸向承受壓力，同時(shí)還能有效的提高橋梁受力的均勻性和穩(wěn)定性。但是塔梁固結(jié)梁墩分離體系本身的缺點(diǎn)也非常明顯，當(dāng)橋梁滿(mǎn)載的時(shí)候，其塔柱的整體傾斜度就會(huì)出現(xiàn)變大的情況，邊跨和主梁的位移就會(huì)出現(xiàn)受力擴(kuò)大的情況，在應(yīng)用塔梁固結(jié)梁墩分離體系進(jìn)行施工的過(guò)程中，施工人員經(jīng)常會(huì)應(yīng)用噸位相對(duì)來(lái)講比較大的支座進(jìn)行施工。

1.2 塔墩固結(jié)塔梁分離體系

塔、墩固結(jié)、而塔、梁分離，主梁除塔墩上設(shè)置活動(dòng)支座，對(duì)其豎向進(jìn)行支撐外，其它部分由拉索懸吊，梁體可在縱向做微小的浮動(dòng)，此體系抗震性能好，塔柱處無(wú)負(fù)彎矩。缺點(diǎn)是施工的過(guò)程中需要設(shè)置臨時(shí)固結(jié)，增加施工負(fù)擔(dān)。

2 部分斜拉橋與波形鋼腹板部分斜拉橋動(dòng)力特性分析

相比較于其他橋梁而言，斜拉橋上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量非常大，這樣不僅能夠在一定程度上提高其的抗風(fēng)性能，同時(shí)還能有效提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。相較于結(jié)合斜拉橋和鋼拉橋而言，部分斜拉橋的性能非常優(yōu)越，其在進(jìn)行施工過(guò)程中使用的材料阻尼性非常強(qiáng)。隨著近幾年我國(guó)社會(huì)發(fā)展速度的不斷加快，斜拉橋在橋梁施工建設(shè)過(guò)程中得到的應(yīng)用也變得越來(lái)越廣泛，這種情況不僅在一定程度上提高了跨江和跨河交通樞紐的作用，同時(shí)還提高了我國(guó)橋梁工程施工的周期，提高了橋梁腰板的受力性能。

在進(jìn)行部分斜拉橋施工的過(guò)程中，施工人員要不斷加大對(duì)其結(jié)構(gòu)剛度和跨徑的重視度，結(jié)合部分斜拉橋施工區(qū)域的實(shí)際情況對(duì)其的施工方法進(jìn)行調(diào)整，這樣部分斜拉橋施工的質(zhì)量才能得到提升。跨越較大距離，跨徑隨之增大，結(jié)構(gòu)剛度相應(yīng)減小，在風(fēng)荷載的作用下，將會(huì)激發(fā)橋梁風(fēng)致振動(dòng)。引起橋梁的隨機(jī)抖振，或?qū)е聵蛄航Y(jié)構(gòu)的自激振動(dòng)一一顫振或馳振，從而影響橋梁的安全性能，造成梁體結(jié)構(gòu)的破壞。因此，橋梁的抗風(fēng)性能研究已成為大跨徑斜拉橋設(shè)計(jì)中最主要的控制因素，然而橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的分析確是橋梁抗風(fēng)分析的基礎(chǔ)。因此，很有必要研究動(dòng)力特性中基頻計(jì)算方法的精度。

3 部分斜拉橋顫振穩(wěn)定性分析

橋梁結(jié)構(gòu)的自激振動(dòng)包括兩種現(xiàn)象，即顫振和馳振。當(dāng)風(fēng)的動(dòng)力作用激發(fā)橋梁振動(dòng)時(shí)，氣流所產(chǎn)生的空氣力受到結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響十分明顯。這種反饋?zhàn)饔脤儆谧约ふ駝?dòng)。

橋梁顫振現(xiàn)象是一種發(fā)散性的自激振動(dòng)，這種現(xiàn)象是因?yàn)檎駝?dòng)過(guò)程中，振動(dòng)結(jié)構(gòu)因阻尼的存在所消耗的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)在流動(dòng)的空氣中不斷獲得的能量。根據(jù)氣流繞過(guò)斷面的形式、及斷面自由度運(yùn)動(dòng)之間的振幅及相位關(guān)系，將橋梁顫振分析分為扭彎耦合顫振和扭轉(zhuǎn)顫振。這兩種顫振形式可以相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換條件取決于梁體斷面形式，但其介于流線型截面和鈍體截面之間時(shí)，在風(fēng)的作用下，梁體則會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)顫振與耦合顫振之間的轉(zhuǎn)換。

4 通過(guò)對(duì)部分斜拉橋顫振理論的分類(lèi)分析，及對(duì)顫振斜拉橋顫振穩(wěn)定性的驗(yàn)算得出以下結(jié)論：

4.1 總結(jié)了古典耦合顫振理論的發(fā)展過(guò)程，從中得出：二維平板振動(dòng)理論只適用于機(jī)翼的顫振分析;當(dāng)對(duì)懸索橋桁架式加勁梁進(jìn)行顫振分析時(shí)，應(yīng)采用修正后的Thcodorson平板氣動(dòng)力表達(dá)式;平板耦合顫振臨界風(fēng)速的計(jì)算可以采用諾謨圖或者近似公式。

4.2 分離流顫振理論中的耦合非定常氣動(dòng)力，可以采用較為準(zhǔn)確的18顫振導(dǎo)數(shù)進(jìn)行表示，其考慮了抖振影響下的非定常抖振氣動(dòng)力表達(dá)式，提升了橋梁分離流顫振實(shí)驗(yàn)加理論的方法。但此方法在實(shí)際的應(yīng)用中，需針對(duì)不同情況進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化。

4.3 三維橋梁顫振理論滿(mǎn)足梁體復(fù)雜多變的振型特征分析。且其頻域法和時(shí)域法均能解決任何結(jié)構(gòu)的動(dòng)力問(wèn)題，但彼此之間略有差異。頻域法適用于結(jié)構(gòu)的線性變化，滿(mǎn)足疊加條件，滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)大變形。而時(shí)域法則適用于結(jié)構(gòu)的非線性變化，不滿(mǎn)足疊加條件，但滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的小變形。

4.4 由于鐵路橋梁規(guī)范中未對(duì)斜拉橋的顫振臨界風(fēng)速做出明確規(guī)定，所以采用公路橋梁抗風(fēng)規(guī)范中斜拉橋顫振臨界風(fēng)速的計(jì)算公式，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化分析，得出在梁體截面形狀固定的情況下，其顫振風(fēng)速與質(zhì)量的平方根成正比，與梁體主跨平方根成反比，并且在截面形狀系數(shù)一定的情況下與梁體寬度成正比。

4.5 采用公路橋梁抗風(fēng)規(guī)范對(duì)大跨度高速部分斜拉橋進(jìn)行了顫振穩(wěn)定性驗(yàn)算，得出此橋的顫振臨界風(fēng)速72.80m/s遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其檢驗(yàn)風(fēng)速38.27m/s。滿(mǎn)足顫振穩(wěn)定性的規(guī)范要求，這為其施工及安全運(yùn)營(yíng)提供理論依據(jù)。

5 總結(jié)

綜上所述，斜拉橋的橋面體系一般都是由加勁梁構(gòu)成的，其在進(jìn)行施工的過(guò)程中一般都是采用拉索代替支墩的方式進(jìn)行施工，這樣不僅能夠在一定程度上減輕斜拉橋的整體重量，同時(shí)還能減少斜拉橋整體的彎矩，其在施工過(guò)程中需要的材料才能得到減少。隨著斜拉橋整體跨徑的不斷增加，其的索塔高度也會(huì)隨之增高，斜拉橋跨度的增大不僅會(huì)增加斜拉橋軸向的壓力，還能提高其的結(jié)構(gòu)幾何非線性效應(yīng)。

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