CN103015315B - 一种提高桥梁抗风稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高桥梁抗风稳定性的方法，该方法通过对栏杆进行部分封闭来实现，本发明可以显著提高桥梁结构的抗风性能，该发明设计方便，施工简单，效果明显，对抑制涡激振动和提高颤振稳定性具有良好的作用。

Description

一种提高桥梁抗风稳定性的方法

技术领域

本发明涉及一种气动抑振措施，特别涉及一种提高桥梁抗风稳定性的方法。

背景技术

近年来，国内外大跨度桥梁建设方兴未艾，诸多桥梁在初步设计阶段或者建成运用阶段发现了抗风稳定性不足的问题，诸如在低风速下出现的涡激振动，以及颤振失稳风速偏低等。由于结构风致振动形式对于结构本身的强烈依赖性，目前还没有一种放之四海而皆准的抑制风致振动措施。

现有的桥梁抑振措施主要有机械措施、结构措施和气动措施三大类，机械措施和结构措施往往设计复杂，造价高昂，所以常采用气动措施。但以往的气动措施均是在桥梁断面上增设额外的构件，比如增设导流板、风嘴、上下中央稳定板等等，不仅不经济，也会影响美观，而且有时单一的气动措施并不能满足桥梁抗风稳定性要求，需要多种气动措施组合的综合措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高桥梁抗风稳定性的方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

对桥梁的栏杆进行部分封闭处理。

通过部分封闭处理，使栏杆的透风率降低为31~43%，透风率指栏杆透风区域面积占栏杆总面积的比例。栏杆总面积等于栏杆的长×高。

所述部分封闭处理的方式包括对栏杆进行间隔封闭或者对栏杆进行分块整体封闭中的一种或者两种。

桥梁两侧的栏杆采用相同方式的部分封闭处理。

与以往气动措施不同，本发明所述提高桥梁抗风稳定性的方法，不需要在桥梁断面上增加额外构件，而是采用对桥梁的栏杆进行部分封闭处理，使栏杆的透风率由原来的53~60%降为31~43%，降幅比约为35%，从而达到改变桥梁断面绕流形态的目的，显著的提高了桥梁结构的抗风性能。

附图说明

图1为本发明实施例1的部分封闭方式示意图之一；

图2为本发明实施例1的部分封闭方式示意图之二；

图3为本发明实施例2的部分封闭方式示意图；

图4为本发明实施例3的部分封闭方式示意图；

图中阴影部分为栏杆封闭部分。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明针对存在抗风问题的桥梁，对桥梁的栏杆进行部分封闭处理。

具体封闭方式见实施例：

实施例1

斜拉桥（例如港珠澳大桥江海直达船航道桥），选用三塔斜拉桥方案，跨径布置为110+129+258+258+129+110m，全长994m。主梁采用钢箱梁，为带有翼板的钝体箱形断面，主梁宽38.8米，高4.5米，主梁是双幅结构，主梁横断面有内侧栏杆和外侧栏杆两种，内外侧栏杆高度均为1.5m，其中外侧栏杆透风率为59%。存在抗风问题：在+5°风攻角工况下存在超过规范限值的竖向涡激振动，在-5°、-3°风攻角工况下存在超过规范限值的扭转涡激振动。

对桥梁断面外侧栏杆进行间隔封闭或者分块整体封闭：间隔封闭为一封二空，参见图1；分块整体封闭为仅封闭栏杆的上部，参见图2。

实施例2

悬索桥（例如刘家峡大桥），大桥加劲梁采用钢桁架断面，主跨为536米，全长581米。设计成桥状态下，理论垂度为48.70m，垂跨比约为1:11，缆中心间距15.6m。加劲梁宽16.122m，高5.348m，宽高比为3.01。加劲梁横断面有人行道栏杆和防撞栏杆两种，其中防撞栏杆的高度为1.56m，透风率为60%。现有提高颤振稳定性的措施为两种气动措施的组合措施：下中央稳定板+水平导流板。存在抗风问题：现有措施桥梁断面+3°风攻角工况的颤振临界风速较低，并不能满足该桥的颤振稳定性要求。

对现有措施桥梁断面两侧防撞栏杆进行有规律封闭，具体封闭方式为：栏杆上部全封闭，栏杆下部间隔封闭，一封三空，参见图3。

实施例3

人行悬索桥（例如天蒙景区人行悬索桥）。桥跨布置采用38+420+48m的双塔单跨悬索桥，中跨长度为420m，桥面宽度为3.5m，梁高0.58m，吊索纵向间距3m。索塔采用框架式混凝土索塔，锚碇采用重力式锚碇，该人行桥的栏杆总高1.75m，桥面以上栏杆高度为1.45m，栏杆立柱间附有高透风率的钢网，桥面以上栏杆的透风率为53%。该桥宽高比小，属于典型的窄桥，同时采用桁架作为加劲梁，加劲梁抗扭刚度小，另外该桥跨越山谷，抗风问题格外突出，为提高桥梁抗风能力，该桥采用了结构措施和常规气动措施，即在加劲梁两侧设置了抗风缆和在混凝土桥面板两侧增设风嘴。存在抗风问题：现有措施桥梁断面在+5°风攻角工况下颤振临界风速不能满足要求。

对桥梁的栏杆防护网从底部开始向上封闭0.5m，参见图4。

桥梁断面的两侧栏杆部分封闭后进行了风洞试验，实验室地点为：长安大学风洞实验室。（陕西省西安市）

实验步骤如下：

1）确定桥梁结构存在抗风稳定性不足的问题，具体桥梁结构可能包括：跨越河海山谷等大风区的桥梁、主梁宽高比较小的大跨窄桥、其他气动稳定性较差的桥梁。

2）按照《公路桥梁抗风设计规范》JTG/T D60-01—2004要求，设计风洞试验用主梁节段模型，对试验模型的原栏杆设计方案进行部分封闭改造，将原栏杆的透风率降低20%左右，或者降幅比约为35%。

3）风洞试验检验该封闭栏杆主梁断面抗风稳定性效果，检验方法为进行涡激振动试验和颤振稳定性试验，具体检验需要检测参数包括：是否发生涡激振动现象及发生涡激振动的最大振幅、颤振临界风速。

4）如果该种封闭栏杆气动措施满足抗风稳定性，则确定该抗风措施，否则重复进行第2步、第3步。

检验后得到的结果如下表：

从上表可以看出：不论是桥梁发生涡激振动还是存在颤振稳定性不足的问题，都可以采用本发明来解决。本发明可以单独作为一种有效抑振措施，也可以与其他抑振措施组合使用。

进一步分析封闭栏杆透风率的变化：

从上表可以看出，本发明要求封闭栏杆的原则是：透风率降低数为20%左右，透风率降低比约为35%。

本发明的优点：设计方便，施工简单，效果明显，对抑制涡激振动和提高颤振稳定性具有良好的作用。

Claims (2)

1.一种提高桥梁抗风稳定性的方法，其特征在于：对桥梁的栏杆进行部分封闭处理，所述部分封闭处理的方式为间隔封闭，使栏杆的透风率降低为39％，或所述部分封闭处理的方式为仅封闭栏杆的上部，使栏杆的透风率降低为43％；通过部分封闭处理，降低竖向和扭转涡激振动振幅，透风率指栏杆透风区域面积占栏杆总面积的比例。

2.根据权利要求1所述一种提高桥梁抗风稳定性的方法，其特征在于：桥梁两侧的栏杆采用相同方式的部分封闭处理。