CN104762876A - 一种抑制流线型钢箱梁悬索桥主梁结构风致振动的人行道栏杆构造 - Google Patents

一种抑制流线型钢箱梁悬索桥主梁结构风致振动的人行道栏杆构造 Download PDF

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马存明
段青松
廖海黎
李明水
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    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/10—Railings; Protectors against smoke or gases, e.g. of locomotives; Maintenance travellers; Fastening of pipes or cables to bridges
    • E01D19/103—Parapets, railings ; Guard barriers or road-bridges

Abstract

本发明公开了一种抑制流线型钢箱梁悬索桥主梁结构风致振动的人行道栏杆构造，人行道栏杆沿桥边沿依主梁中心线对称设置，人行道栏杆每隔3L封闭L，即：人行道栏杆按照L封闭+3L镂空为结构单元沿主梁长度方向重复布置，L为单位长度；人行道栏构件其它保持不变。本发明构造改变主梁的空气绕流特性，显著提高了流线型钢箱梁涡激振动性能，结构简单，施工方便且经济性好。

Description

一种抑制流线型钢箱梁悬索桥主梁结构风致振动的人行道栏杆构造
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，是一种涉及流线型钢箱梁的风致振动抑制构造。
背景技术
大跨度悬索桥结构抗扭刚度低，阻尼小，是风致响应的敏感结构，在自然风作用下将容易出现涡激振动问题。涡激振动是大跨度桥梁在低风速下很容易出现的一种风致振动现象，涡激振动带有自激性质，但振动的结构反过来会涡脱形成某种反馈机制，因此涡激振动是一种带有自激性质的风致限幅振动。由于涡激振动很容易在低风速下发生，而且振幅之大足以影响行车安全，因此，避免桥梁发生涡激共振或限制其振幅在可接受的范围内具有十分重要的意义。
许多研究表明，采用一些气动措施能有效的优化主梁的涡激振动性能。目前采用较多的气动措施是通过施加导流板等来优化主梁的涡激振动性能。但是，通过施加导流板等对主梁的涡激振动性能提高有限。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种流线型钢箱梁悬索桥涡激振动抑制构造，有效的优化主梁的涡激振动性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种流线型钢箱梁悬索桥主梁结构抑制风致振动的人行道栏杆构造，人行道栏杆沿桥边沿依主梁中心线对称设置，其特征在于，人行道栏杆每隔3L封闭L，即：人行道栏杆按照L封闭+3L镂空为结构单元沿主梁长度方向重复布置，L为单位长度；人行道栏构件其它保持不变。
本发明的有益效果是，可显著优化悬索桥涡激振动性能，减小涡激振动振幅，可有效改善桥梁涡激振动安全性；结构简单，易于施工。
附图说明
图1是本发明实施例国内某悬索桥桥孔布置图(本图中的单位为mm)；
图2是图1中悬索桥主梁标准断面布置图；
图3是图2中悬索桥主梁人行道栏杆的侧视图局部；
图4是使用本发明前，流线型钢箱梁悬索桥主梁在+3°风攻角和0°风攻角下，实桥竖弯振幅随风速变化曲线；
图5是使用本发明前，流线型钢箱梁悬索桥主梁在+3°风攻角和0°风攻角下，实桥扭转振幅随风速变化曲线；
图6是使用本发明后，流线型钢箱梁悬索桥主梁在-3°～+5°风攻角下，实桥竖弯振幅随风速变化曲线；
图7是使用本发明后，流线型钢箱梁悬索桥主梁在-3°～+5°风攻角下，实桥扭转振幅随风速变化曲线；
注：风攻角，以流体速度指向桥梁下底面为正。
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。
参照图1、图2、图3，流线型钢箱梁悬索桥主梁风致振动抑制构造，包括主梁人行栏杆具体构件形式按照常规不变，仅将人行栏杆一封三空。
图3作为一种优选的实施方式，人行道栏杆按照2m(封闭不透风)+6m(镂空)形式布置。
下面以某大跨度悬索桥为例，通过刚性节段模型的风致振动试验来对比加设本发明构造后主梁和不加任何工程措施主梁风致振动情况。按照1:50的几何缩尺比制作了主梁的节段模型，并于风洞中进行了刚性节段模型的风致振动试验。该模型在设计中满足了几何参数、惯性参数以及重力参数的一致性条件，所以可以保证模型结构静动力行为与原型主梁的一致。为了得到更为显著的风振现象，试验过程中采用了较小的阻尼。
图4给出了使用本发明前，流线型钢箱梁悬索桥主梁在+3°风攻角和0°风攻角下，实桥竖弯振幅随风速变化曲线，图中风速、振幅均已通过相似准则换算至实际主梁。可以看出+3°风攻角和0°风攻角下，风速在5～10m/s时出现第一个涡振区，此时主梁涡振振幅接近《公路桥梁抗风设计规范》的涡振容许值；+3°风攻角下涡振振幅略大于0°风攻角下的涡振振幅。当风速达到20m/s时，+3°风攻角下主梁涡振振幅达到450mm，远远大于容许振幅。所以不加任何工程措施的流线型钢箱梁悬索桥主梁竖向涡激振动性能较差，存在严重的竖向涡激振动问题。
图5给出了使用本发明前，流线型钢箱梁悬索桥主梁在+3°风攻角和0°风攻角下，实桥扭转振幅随风速变化曲线，图中风速、振幅也均已通过相似准则换算至实际主梁。可以看出+3°风攻角和0°风攻角下，风速在15～20m/s时出现第一个涡振区，此时主梁涡振振幅超过《公路桥梁抗风设计规范》的涡振容许值；+3°风攻角下涡振振幅远大于0°风攻角下的涡振振幅。另外，根据我国桥梁通行的有关规定，当风速大于25m/s时，桥梁限制通行，不会造成影响，因此不考虑风速大于25m/s时主梁的涡激振动。所以不加任何工程措施的流线型钢箱梁悬索桥主梁扭转涡激振动性能较差，存在严重的扭转涡激振动问题。
为有效抑制流线型钢箱梁悬索桥主梁的涡激振动，提高主梁的涡振性能。在主梁施加本发明的风振抑制构造，试验结果发现，施加了本发明的风振抑制构造后，相同风攻角下主梁的涡振区明显消失，涡振振幅远远小于容许振幅，主梁未发生涡振现象。
为进一步分析本发明对流线型钢箱梁悬索桥主梁涡激振动的抑制效果，试验进行了主梁模型在-3°～+5°风攻角范围内，来流为均匀流时的风洞试验(如图6～7所示)。试验结果显示，在各个风偏角范围内，主梁的涡激振动振幅均较小，远远小于容许振幅，未发现有涡振现象。
主梁的风洞试验证明：本发明构造可以有效抑制流线型钢箱梁悬索桥主梁的风致振动，改善主梁的涡激振动性能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种抑制流线型钢箱梁悬索桥主梁结构风致振动的人行道栏杆构造，人行道栏杆沿桥边依主梁中心线对称设置，其特征在于，人行道栏杆每隔3L封闭L，即：人行道栏杆按照L封闭+3L镂空为结构单元沿主梁长度方向重复布置，L为单位长度；人行道栏构件其它保持不变。
2.根据权利要求1所述的抑制流线型钢箱梁悬索桥主梁结构风致振动的人行道栏杆构造，其特征在于，人行道栏杆每隔6m同时封闭2m。
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