CN103711084B - 一种施工阶段的斜拉桥系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种施工阶段的斜拉桥系统，包括承台、桥塔及加劲梁，桥塔竖直固定于承台上，加劲梁上横向设置有若干连接节点，桥塔上纵向设置有若干连接节点，加劲梁上的连接节点与桥塔上相应的连接节点通过斜拉锁相连接，加劲梁的两端均悬挂有敞口式水下制振器，敞口式水下制振器悬挂于水中。本发明抗风制振效果强。

Description

一种施工阶段的斜拉桥系统
技术领域
本发明属于桥梁设计领域，具体涉及一种施工阶段的斜拉桥系统。
背景技术
斜拉桥在施工过程中，主梁往往采用悬臂拼装法施工，在主梁尚未合龙前，由于斜拉索、边跨辅助墩以及施工临时墩等结构因素的影响下，经常会出现风振不利状态，这种现象在风洞试验中也得到了证实。因此，不能忽视斜拉桥施工阶段的风致振动响应。
目前，针对斜拉桥最大双悬臂施工阶段风致振动的控制方法主要采用TMD、MTMD和临时支墩等方法。
调谐质量制振器(Tuned Mass Damper简称TMD)对结构风振响应的控制是有效的，它也是工程中应用最为广泛的控制方法之一。目前，TMD用于结构振动控制的有效性已经为大量的工程实例所证实，但是，单个TMD的控制效果对其频率较为敏感，当频率略微偏离设计值时，控制效果便会极大下降。只有当TMD系统的白振频率调到与结构受控频率一致时，TMD系统才能达到最优控制效果。也就是说TMD对结构振动频率变化非常敏感，一旦结构振动频率发生变化，偏离了TMD的白振频率，TMD系统对结构的振动控制效果会大大下降，甚至加剧结构的振动(失调)。
而采用多个TMD(Multiple Tuned Mass Dampers简称MTMD)使其频率分布在一定范围内，则能提高控制系统的鲁棒性，以达到较好的减振效果。MTMD系统对于TMD系统的优势是非常明显的，主要表现在：(1)MTMD系统对结构控制时的有效控制频率不是一个单一数值，而是具有一定控制范围；(2)在任何质量比下，MTMD系统的减振效果比TMD系统的减振效果好；(3)相对于单个的TMD，MTMD系统可以将单个又大又重的质量块分解为多个小而轻的质量块，有益于工程上制作、安装及使用，更容易在工程建设中推广。
另外，大跨度斜拉桥悬臂施工还经常使用抗风临时支墩，包括：支墩基础，在支墩基础上至少设有5根竖直的钢管立柱，在钢管立柱的上端连接有一分配梁，其特征在于：两个铰链支座左右对称地设在分配梁上，铰链支座上端的滑板通过锚杆与悬浇主梁连接；在钢管立柱的上端还设有多根缆风绳，上述抗风措施虽然都能取得一定的制振效果，但它们的造价较为昂贵且施工过程比较复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种施工阶段的斜拉桥系统，该系统抗风制振效果强。
为达到上述目的，本发明所述的施工阶段的斜拉桥系统包括承台、桥塔及加劲梁，桥塔竖直固定于承台上，加劲梁上横向设置有若干连接节点，桥塔上纵向设置有若干连接节点，加劲梁上的连接节点与桥塔上相应的连接节点通过斜拉锁相连接，加劲梁的两端均悬挂有敞口式水下制振器，敞口式水下制振器悬挂于水中，敞口式水下制振器通过使水产生湍流来阻止敞口式水下制振器前后往复运动，进而对施工阶段的斜拉桥系统进行减震。
所述敞口式水下制振器为长方体结构，敞口式水下制振器的长为3米，宽为3米，高为5米。
所述敞口式水下制振器包括第一上盖板、第一下盖板、第一左盖板、第一右盖板及第一中间钢板组成，第一左盖板的上下两端分别与第一上盖板的左端及第一下盖板的左端相连接，第一右盖板的上下两端分别与第一上盖板的右端及第一下盖板的右端相连接，第一中间钢板的左右两端分别与第一左盖板的内侧及第一右盖板的内侧相连接，第一中间钢板与第一上盖板相平行，第一中间钢板与第一左盖板相垂直，水流的方向与第一左盖板相垂直。
所述敞口式水下制振器还包括若干第二中间钢板，第二中间钢板穿过第一中间钢板，第二中间钢板的中部与第一中间钢板的中部相连接，第二中间钢板的上下两端分别与第一上盖板的内侧及第一下盖板的内侧相连接，第二中间钢板与第一中间钢板相垂直。
所述敞口式水下制振器包括上盖板、下盖板、前盖板、后盖板及中间钢板组成，前盖板的上下两端分别与上盖板的前端及下盖板的前端相连接，后盖板的上下两端分别与上盖板的后端及下盖板的后端相连接，中间钢板的前后两端分别与前盖板的内侧及后盖板的内侧相连接，中间钢板的上下两端分别与上盖板的内侧及下盖板的内侧相连接，中间钢板与上盖板相垂直，中间钢板与后盖板相垂直，水流的方向与中间钢板相垂直。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的施工阶段的斜拉桥系统包括加劲梁，加劲梁的上端均悬挂有敞口式水下制振器，敞口式水下制振器会在水中产生湍流，加劲梁与敞口式水下制振器相连接，当加劲梁发生振动时，则会带动水下的敞口式水下制振器进行运动，由于敞口式水下制振器悬挂于水中，敞口式水下制振器在水下往复运动受到水的阻力作用，从而达到耗能制振的目的，以减少制振工程量，节约成本，而且其施工简单、方便、经济，既能够保证正常悬臂施工，又不影响成桥的结构，以达到保障桥梁施工质量、施工设备及人员安全的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中敞口式水下制振器4的一种结构示意图；
图3为本发明中敞口式水下制振器4的另一种结构示意图；
图4为本发明中对比模型的压力云图；
图5为本发明中对比模型的速率云图；
图6为本发明中模型1的结构示意图；
图7为本发明中模型1的压力云图；
图8为本发明中模型1的速率云图；
图9为本发明中模型1的流迹图；
图10为本发明中模型2的结构示意图；
图11为本发明中模型2的压力云图；
图12为本发明中模型2的速率云图；
图13为本发明中模型2的流迹图；
图14为本发明中模型3的结构示意图；
图15为本发明中模型3的压力云图；
图16为本发明中模型3的速率云图；
图17为本发明中模型3的流迹图；
图18为本发明中模型4的结构示意图；
图19为本发明中模型4的压力云图；
图20为本发明中模型4的速率云图；
图21为本发明中模型4的流迹图。
其中，1为桥塔、2为加劲梁、3为承台、4为敞口式水下制振器、40为第一下盖板、41为第一上盖板、42为第一左盖板、43为第一右盖板、44为第一中间钢板、45为第二中间钢板、46为上盖板、47为下盖板、48为后盖板、49为前盖板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的施工阶段的斜拉桥系统包括承台3、桥塔1及加劲梁2，桥塔1竖直固定于承台3上，加劲梁2上横向设置有若干连接节点，桥塔1上纵向设置有若干连接节点，加劲梁2上的连接节点与桥塔1上相应的连接节点通过斜拉锁相连接，加劲梁2的两端均悬挂有敞口式水下制振器4，敞口式水下制振器4悬挂于水中，所述敞口式水下制振器4通过使水产生湍流来阻止敞口式水下制振器4前后往复运动，进而对施工阶段的斜拉桥系统进行减震。
在设计敞口式水下制振器4时，具体设计了两种方案，其中第一中方案为：参考图2，所述敞口式水下制振器4包括第一上盖板41、第一下盖板40、第一左盖板42、第一右盖板43及第一中间钢板44，第一左盖板42的上下两端分别与第一上盖板41的左端及第一下盖板40的左端相连接，第一右盖板43的上下两端分别与第一上盖板41的右端及第一下盖板40的右端相连接，第一中间钢板44的左右两端分别与第一左盖板42的内侧及第一右盖板43的内侧相连接，第一中间钢板44与第一左盖板42相垂直，水流的方向与第一左盖板42相垂直。对第一中方案进行改进，所述敞口式水下制振器4还包括若干第二中间钢板45，第二中间钢板45穿过第一中间钢板44，第二中间钢板45的中部与第一中间钢板44的中部相连接，第二中间钢板45的上下两端分别与第一上盖板41的内侧及第一下盖板40的内侧相连接，第一中间钢板44与第一上盖板41相平行，第二中间钢板45与第一中间钢板44相垂直。
所述敞口式水下制振器4的第二个设计方案为：参考图3，所述敞口式水下制振器4包括上盖板46、下盖板47、前盖板49、后盖板48及中间钢板，前盖板49的上下两端分别与上盖板46的前端及下盖板47的前端相连接，后盖板48的上下两端分别与上盖板46的后端及下盖板47的后端相连接，中间钢板的前后两端分别与前盖板49的内侧及后盖板48的内侧相连接，中间钢板的上下两端分别与上盖板46的内侧及下盖板47的内侧相连接，中间钢板与后盖板48相垂直，水流的方向与中间钢板相垂直，中间钢板与上盖板46相垂直。
以下将通过CFD仿真计算各方案中敞口式水下制振器4的阻力系统：
假设敞口式水下制振器4尺寸为20×20cm；水的密度ρ＝1000Kg/m3，水的粘度μ＝1×10-3Pa·s；敞口式水下制振器4上游为速度入口，两侧为对称边界，出口边界为充分发展流，模型表面为光滑壁面。
参考图4及图5，本次仿真设计了一个对比模型，其中对比模型为封闭的长方体结构，同时设计了四个模型，参考图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20及图21，其中，模型1的具体设计方案为：所述敞口式水下制振器4包括第一上盖板41、第一下盖板40、第一左盖板42、第一右盖板43及第一中间钢板44，第一左盖板42的上下两端分别与第一上盖板41的左端及第一下盖板40的左端相连接，第一右盖板43的上下两端分别与第一上盖板41的右端及第一下盖板40的右端相连接，第一中间钢板44的左右两端分别与第一左盖板42的内侧及第一右盖板43的内侧相连接，第一中间钢板44与第一上盖板41相平行，水流的方向与第一左盖板42相垂直，模型2在模型1的基础上进行改进，改进的地方为：所述敞口式水下制振器4还包括若干第二中间钢板45，第二中间钢板45穿过第一中间钢板44，第二中间钢板45的中部与第一中间钢板44的中部相连接，第二中间钢板45的上下两端分别与第一上盖板41的内侧及第一下盖板40的内侧相连接，其中第二中间钢板45的数目为一个，第二中间钢板45与第一中间钢板44相垂直；模型3在模型2的基础上进行改进，将第二中间钢板45的数目增加到了2个，其中两个第二中间钢板45、第一左盖板42及第一右盖板43之间为等间距分布；模型4的具体设计方案为所述敞口式水下制振器4包括上盖板46、下盖板47、前盖板49、后盖板48及中间钢板组成，前盖板49的上下两端分别与上盖板46的前端及下盖板47的前端相连接，后盖板48的上下两端分别与上盖板46的后端及下盖板47的后端相连接，中间钢板的前后两端分别与前盖板49的内侧及后盖板48的内侧相连接，中间钢板的上下两端分别与上盖板46的内侧及下盖板47的内侧相连接，水流的方向与中间钢板相垂直，其中中间钢板的数目为一个，中间钢板与上盖板46相垂直。
从模型1到模型4，随着层数的增加，层间的旋涡尺寸减小，同时旋涡的速率下降，旋涡从敞口式水下制振器4下游面脱离，形成低压区，然而敞口式水下制振器4层间的旋涡也造成低压，一定程度上抵消了下游低压的拖拽力，甚至在模型1的压力分布云图中看到，敞口式水下制振器4层间的压力小于后方的压力，模型4的流迹线与速率云图显示，“H”形上游开口范围内的水流，在开口中心附近位置能流入开口并移动到开口两端，以逆于来流方向的速度流出敞口式水下制振器4开口，敞口式水下制振器4外部扰流在两侧形成旋涡并脱落。没有在下游对敞口式水下制振器4直接产生拖拽作用。
经仿真得到各模型的压力云图、速率云图及流迹线图，同时得到模型1、模型2、模型3及模型4分别与比对比模型的阻力系数的比值，如表1所示。
表1

Claims (1)

1.一种施工阶段的斜拉桥系统，其特征在于，包括承台(3)、桥塔(1)及加劲梁(2)，桥塔(1)竖直固定于承台(3)上，加劲梁(2)上横向设置有若干连接节点，桥塔(1)上纵向设置有若干连接节点，加劲梁(2)上的连接节点与桥塔(1)上相应的连接节点通过斜拉锁相连接，加劲梁(2)的两端均悬挂有敞口式水下制振器(4)，敞口式水下制振器(4)悬挂于水中，敞口式水下制振器(4)通过使水产生湍流来阻止敞口式水下制振器(4)前后往复运动，进而对施工阶段的斜拉桥系统进行减震；
所述敞口式水下制振器(4)为长方体结构，敞口式水下制振器(4)的长为3米，宽为3米，高为5米；
所述敞口式水下制振器(4)包括第一上盖板(41)、第一下盖板(40)、第一左盖板(42)、第一右盖板(43)及第一中间钢板(44)，第一左盖板(42)的上下两端分别与第一上盖板(41)的左端及第一下盖板(40)的左端相连接，第一右盖板(43)的上下两端分别与第一上盖板(41)的右端及第一下盖板(40)的右端相连接，第一中间钢板(44)的左右两端分别与第一左盖板(42)的内侧及第一右盖板(43)的内侧相连接，第一中间钢板(44)与第一上盖板(41)相平行，第一中间钢板(44)与第一左盖板(42)相垂直，水流的方向与第一左盖板(42)相垂直；
所述敞口式水下制振器(4)还包括若干第二中间钢板(45)，第二中间钢板(45)穿过第一中间钢板(44)，第二中间钢板(45)的中部与第一中间钢板(44)的中部相连接，第二中间钢板(45)的上下两端分别与第一上盖板(41)的内侧及第一下盖板(40)的内侧相连接，第二中间钢板(45)与第一中间钢板(44)相垂直。
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