CN107059591A - 一种板桁结合钢桁梁桥颤振抑振构造 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板桁结合钢桁梁桥颤振抑振构造,依附于桥面中央防撞护栏立柱布置，用于提高大跨度板桁结合钢桁梁桥的颤振临界风速，其特征在于，在桥面两列中央防撞护栏立柱支座处,沿桥面主梁中心线以封隔率S间隔安装竖向中央稳定板，S取60％‑80％范围；每块中央稳定板的宽度与中央防撞护栏立柱间距L相同，高度D取1‑1.1H范围。本发明构造通过对封隔率和中央稳定板高度的优选，其气动布局从桥梁颤振的致振根源出发，通过改变颤振导数降低气动负阻尼，使颤振由单自由度扭转振动向弯扭耦合振动转移，从而降低主梁的颤振频率，提高颤振临界风速；且减少材料使用最高可至40％，在保证了板桁结合钢桁梁桥的结构安全前提下，提高了其经济性。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁风工程领域，尤其涉及大跨度板桁结合钢桁梁桥颤振控制领域。
背景技术
板桁结合钢桁梁具有较大的竖向刚度和透风率，同时便于运输和施工，在大跨度桥梁上被普遍采用(如图1，图1a中：A为中央防撞栏杆立杆，B为中央防撞栏杆立座；图1b为现有技术联通式安装中央稳定板结构的侧视图)。但由于其大跨径导致的桥梁自振频率偏低，使得桥梁对风的作用非常敏感，在低风速下发生颤振失稳的可能性较大。国内外多座大跨板桁结合钢桁梁桥原设计方案的颤振临界风速都不能满足颤振稳定性要求。对于大跨度桥梁，颤振现象的出现可能导致桥梁结构的整体破坏，颤振往往是控制设计的重要因素，需要寻找合理有效提高颤振稳定性的抑振措施。
现有研究成果表明，在主梁断面上设置中央稳定板是提高桥梁颤振稳定性的一种有效方法。通过设置连续联通式中央稳定板，使气动导数A2*变为负数，降低了气动负阻尼，提高桥梁结构整体总阻尼，提高了颤振发生时竖弯自由度的参与程度和扭弯耦合程度,使颤振形态由单自由度扭转振动向弯扭耦合振动转移,降低颤振频率，从而提高了颤振临界风速。然而，采用联通式中央稳定板，用钢量大，造价较高；另一方面，目前尚无针对板桁结合钢桁梁桥中央稳定板间隔式设置的相关研究。
发明内容
鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是提出一种板桁结合钢桁梁桥颤振抑振构造，中央稳定板依附于桥梁中央防撞护栏布置，提高桥梁颤振稳定性，利用降低封隔率减少材料用量，同时依然保证颤振临界风速的有效提高，使之克服现有技术的上述不足。
实现本发明目的采用的手段是：
一种板桁结合钢桁梁颤振抑振构造,依附于桥面中央防撞护栏立柱设置中央稳定板，用于提高大跨度板桁结合钢桁梁桥的颤振临界风速，其特征在于，在桥面两列中央防撞护栏立柱支座处,沿桥面主梁中心线以封隔率S间隔安装竖向中央稳定板，S取60％-80％范围；每块中央稳定板的宽度与中央防撞护栏立柱间距L相同，中央稳定板高度D取1-1.1H范围，H为中央防撞护栏立柱高度。安装时，一定数量连续排列的中央稳定板与一定数量连续排列的空隙间隔构成一安装单元，重复排列安装。
在上述取值范围内，中央稳定板的高度对提高颤振临界风速有一定影响，稳定板越高，颤振临界风速提高效果越好。而封隔率S在60％-80％范围内，取值越大，颤振临界风速提高效果越好。封隔率达到80％后，间隔式中央稳定板与等高度联通式中央稳定板对提高板桁结合钢桁梁桥颤振稳定性的效果相当。安装中央稳定板会使主梁的静力系数略微增加，布置越密，高度越高，主梁静力系数增加越多。间隔式中央稳定板的布置方式应综合考虑经济、受力及抑振效果三种因素。
在大跨度板桁结合钢桁梁桥无法满足《公路桥梁抗风设计规范》要求的颤振检验风速前提下，本发明构造通过降低中央稳定板的封隔率，不仅能有效提高颤振临界风速，更提高了经济性能。其气动布局从桥梁颤振的致振根源出发，通过改变颤振导数降低气动负阻尼，使颤振由单自由度扭转振动向弯扭耦合振动转移，从而降低主梁的颤振频率，提高颤振临界风速；通过间隔式安装降低封隔率，直接减少材料使用最高至40％，在保证了板桁结合钢桁梁桥的结构安全前提下，大幅度提高了其经济性。
附图说明
图1a为现有技术大跨度板桁结合钢桁梁桥标准横断面图。图1b为图1a的侧视图。
图2为本发明间隔式中央稳定板布置示意图。图2a为安装局部示意图，图2b为中央稳定板示意图。
图3为本发明间隔式中央稳定板布置侧向示意图。
图4为本发明实施例71％封隔率的间隔式中央稳定板依附于中央防撞护栏立柱侧向示意图。
图5为本发明实施例80％封隔率的加高间隔式中央稳定板安装侧向示意图。
图6为使用本发明后，板桁结合钢桁梁桥的颤振临界风速随中央稳定板封隔率变化曲线，图6a为+3°攻角情况，图6b为+5°攻角情况。
注：风攻角，以流体速度指向桥梁下底面为正。
具体实施方式
下面通过具体的实例并结合附图对本发明做进一步详细的描述。实施例一
结合图3、图4和图5可看出，本发明的一种具体实施方式为：利用在沿桥面主梁中心线上，以封隔率S间隔安装沿桥梁跨向的中央稳定板来提高大跨度板桁结合钢桁梁桥的颤振临界风速。中央稳定板的两端通过螺栓固定在两侧中央防撞护栏立柱的支座上，安装在桥面主梁中心线上。H为中央防撞护栏立柱高度，L为防撞护栏立柱间距，D为中央稳定板高度。中央稳定板可由满足强度及耐久性要求的任意材料制成。中央防撞护栏立柱高度H的可依据《公路交通安全设施设计规范》具体取值。
图3为实施例1，D/H＝1，S＝60％。
图4为实施例2，D/H＝1，S＝71％。
图5为实施例3，D/H＝1.1，S＝80％。
以某大跨度板桁结合钢桁梁悬索桥为例，通过刚性节段模型的颤振试验来对比加设本发明构造后主梁和不加任何工程抑振措施主梁颤振临界风速情况。按照1:48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颤振临界风速试验。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6给出了在不同封隔率下，采用与中央防撞护栏立柱高度H相等高度的间隔式中央稳定板，以及采用1.1H高度的间隔式中央稳定板后，该桥的颤振临界风速。在攻角为正时，颤振稳定性偏低，对桥梁结构更为不利，故在此给出两种正攻角试验结果，图6a为主梁与来流方向呈+3°攻角情况，图6b为主梁与来流方向呈+5°攻角情况，图中颤振临界风速已通过相似准则换算至实际主梁。可以看出，采用间隔式中央稳定板能有效提高颤振临界风速；加高间隔式中央稳定板提高颤振临界风速的效果优于不加高式；封隔率提高至80％后，间隔式中央稳定板对颤振稳定性的提高与100％封隔率的联通式中央稳定板相同。对于原始主梁断面，测得主梁在+3°及+5°风攻角下的颤振临界风速分别为35.88m/s和31.58m/s，根据《公路桥梁抗风设计规范》规定计算颤振临界检验风速为35.9m/s，当间隔式中央稳定板封隔率达到60％以上时，该桥颤振临界风速值大于36m/s，超过规范检验风速，能有效提高桥梁颤振稳定性。综合研究表明，中央稳定板高度D取值小于H和大于1.1H时，其颤振稳定性和综合技术经济指标不显优越。
风洞试验证明：本发明构造可以有效提高板桁结合钢桁梁桥的颤振临界风速，改善板桁结合钢桁梁桥的颤振稳定性。
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)
1.一种板桁结合钢桁梁颤振抑振构造,依附于桥面中央防撞护栏立柱，用于提高大跨度板桁结合钢桁梁桥的颤振临界风速，其特征在于，在桥面两列中央防撞护栏立柱支座处,沿桥面主梁中心线以封隔率S间隔安装竖向中央稳定板，S取60％-80％范围；每块中央稳定板的宽度与中央防撞护栏立柱间距L相同，中央稳定板高度D取1-1.1H范围，H为中央防撞护栏立柱高度；安装时，一定数量连续排列的中央稳定板与一定数量连续排列的空隙间隔构成一安装单元，重复排列安装。
2.根据权利要求1所述的板桁结合钢桁梁颤振抑振构造，其特征在于，所述中央稳定板高度D取1-1.1H。
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