T形钢构桥抗风能力的研究

[摘 要]T形钢构桥是钢构桥的一种，是指从墩上伸出悬臂，跨中用剪力铰或简支挂梁组合而成，因墩上在两侧伸出悬臂，形同T字，故称T形钢构桥。随着我国经济的发展，我国在建筑行业中的材料、技术等方而的投入均不断加大，口前预应力加固T型刚构桥技术在世界各个领域都得到了广泛的应用。风灾是自然灾害中发生最频繁的一种，桥梁结构因风的作用而遭到破坏的事故屡见不鲜，因此对T形钢构桥抗风能力的研究十分重要。

[关键词]T形钢构桥 抗风能力 研究方向

中图分类号：TE177 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0295-01

前言：随着桥梁建设技术的蓬勃发展，各种独具特色的施工工艺陆续被发明。转体施工就是这样一种工艺，它解决了施工阻碍原有线路交通这一难题。但是，随着技术的成熟，转体的跨度越来越大，结构越来越轻柔化，结构对风的作用也就越来越敏感。采用平转施工的T形刚构桥梁在转体之前，拆除施工支架，处于大悬臂状态，结构刚度较小，在风的作用下稳定性较差。本文将对T形钢构桥进行简要介绍，并着重介绍其抗风能力方面的研究。

1 T形钢构桥的介绍

1.1 什么是T形钢构桥

刚构桥是指桥跨结构与桥墩式桥台连为一体的桥，是主要承重结构采用刚构的桥梁。梁和腿或墩（台）身构成刚性连接。按结构形式可分为门式刚构桥、斜腿刚构桥、T形刚构桥和连续刚构桥。世界最高的连续刚构桥是位于云南省元墨高速公路上的“红河大桥”。T形钢构桥（T-shaped rigid frame bridge）是一种具有悬臂受力特点的梁式桥。是指从墩上伸出悬臂，跨中用剪力铰或简支挂梁组合而成，因墩上在两侧伸出悬臂，形同T字，因此被称T形钢构桥。在预应力混凝土结构中采用悬臂施工方法可做成比钢筋混凝土结构中长得多的悬臂结构。T形刚构桥最基本的形式有两类：带中间铰的T形刚构桥以及带中间挂梁的T形刚构桥。第一种形式存在着铰构造复杂的缺点，在徐变和日照温差影响下，铰内产生经常的剪力和整个结构的次内力，尤其是预拱度设置不当时，将使桥面纵坡呈折线形，对外观及行车带来不利，故在我国设计中极少采用。第二种形式在我国虽然修建的较多，但也存在T形刚构悬臂端的徐变挠度较大的缺点，并且在挂梁两端的伸缩缝装Z易于损坏，从而将带来外观和行车不舒适的问题，故近年来这种桥形在我国也逐渐较少修建。我国目前对于T形钢构桥的研究与应用还待进一步发展。

1.2 T形钢构桥的优点

T形钢构桥最适宜两向平衡对称悬臂施工，可不用支架而建设大跨径桥，国外常统称为“悬臂的桥（cantilevered Bridge）”。T形钢构桥主要应用的材料为钢结构，和其它材料的结构相比，钢结构具重量轻、塑性和韧性好、更接近于匀质和各向同性体、制造简便，易于采用工业化生产、密封性好、耐热性好以及施工安装周期短的优点。钢结构的容重虽然较大，但与其它建筑材料相比，它的强度却高很多，因而当承受的荷载和条件相同时，钢结构要比其它结构轻，便于运输和安装，并可跨越更大的跨度。而且，钢结构一般不会因为偶然超载或局部超载而突然断裂破坏，且钢材的内部组织比较均匀，在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的，这些性能和力学计算中的假定比较符合，所以钢结构的计算结果较符合实际的受力情况。这些优点对桥梁建筑来说都是十分重要的。

1.3 T形钢构桥缺陷

悬臂部分的缺陷主要有因为桥梁的刚度有所下降、而纵向预应力的损失也较多，同时、施工材料的质量及材质等影响造成的悬臂端压力过大；主要由于施工质量不高，而且纵

向的预应力损失较大，造成强度不够，而导致的悬臂根部开裂；竖向预应力的损失比较大，而腹板抗剪的强度很弱，而造成的悬臂中部产生裂缝；横梁上的横向预应力损失比较大，而且有超重的情况，所导致的悬臂端上的竖向裂缝；以及T型钢构桥水平裂缝的情况，造成该裂缝的原因与板跨中底而出现纵向裂缝的情况类似，这种情况是比较少见的。总而言之，大部分T型刚构桥在刚刚完工的时候，一般是不会出现什么大的问题的，但是经过一段时间后就会慢慢的出现各种病害。除上述几种情况外还可能出现主梁悬臂端下挠、主梁裂缝、桥而铺装破损、混凝土变质等问题。

2 T形钢构桥抗风能力的研究

2.1 T形钢构桥抗风能力研究的必要性

桥梁结构因风的作用而遭到破坏的事故屡见不鲜。风作用下桥梁结构的抗风性能已经成为影响其设计和施工的控制因素，风与结构的相互作用是一个十分复杂的现象，它受机制 ，如颤振、弛振和涡激振动。若颤振和弛振达到临界状态，则对桥梁的结构将会造成相当严重的影响。风的自然特性、结构的外型、结构的动力特性以及风与结构的时，将出现危险性的发散状态。相互作用等多方面因素的制约。还有一类振动是强迫振动：结构在紊流脉动风作用下的一种有限用截面的桥梁结构时，会产生旋涡和流动的分离，形成复杂的 振幅的随机强迫振动 ，由于脉动风的随机性质，这种由阵风带空气作用力。当桥梁结构的刚度较大时，结构保持静止不动，的脉动风谱引起的随机振动响应阵风响应称为抖振这种空气力的作用只相当于静力作用。当桥梁结构的刚度较小时。涡激振动虽然带有自激性质，但它和颤振或驰振的小时，结构振动受到激发，这时空气力的作用不仅具有静力作用，而且具有动力作用。风作用下桥梁结构的抗风性能已经成为影响其设计和施工的控制因素，因而研究T形桥的抗风能力是十分有必要的。

2.2 T形钢构桥目前抗风能力研究的成果

随着社会的发展，人们对桥梁跨径的要求越来越高，大跨桥梁的静风稳定性的问题开始进入人们的视野。在过去相当长的时间内，人们把风对结构的作用仅仅看成是一种由定常风所引起的静力作用，1940年秋，美国华盛顿州建成才4个月的塔科马（Tacoma）悬索桥在不到20 m/s的8级大风作用下发生强烈的风致振动―反对称扭转振动，而导致桥面折断和桥梁坍塌，这才开始了以风致振动为重点的桥梁抗风研究。定常风的静力作用下，人们主要关心桥梁结构强度和稳定性问题；在不定常风的动力作用下问题则要复杂得多。因风致振动起来的桥梁反过来又可能改变气流流场和气动力，必须考虑风与结构的相互作用。抗风理论起源于航空空气动力学，由一战之后迅猛发展起来。1925年Wagner提出特征升力函数，首次提出了随时间变化的非定常气动力的概念。不久之后，在1935年Theodorson在Wagner的研究的基础之上，首次发表了著名的薄翼在不可压缩流中的非定常气动力表达式。桥梁风工程的研究方法主要有理论分析、风动实验和数值模拟三种。

2.3 T形钢构桥未来的发展

经过20世纪80年代“学习和追赶”和20世纪90年代“提高和跟踪”两个发展时期，中国桥梁界在21世纪进入一个“创新和超越”的新时期，即通过自主的技术创新，实现超越式发展，以提高我们的竞争力，争取在桥梁技术领域有所突破，其中也包括桥梁抗风理论方面，特别是在风振机理研究、风振理论的精细化、概率性评价方法、CFD技术和数值风动、桥梁等效风载荷等薄弱环节。

3 结语

T形钢构桥凭借其独一无二的优势，已经越来越吸引人们的注意。而桥梁的结构安全性更是关系到人身安全、经济效益等多方面，必须要加以重视。大跨度桥梁抗风稳定性是大跨度桥梁结构设计的关键，其影响因素更是具有多样性和复杂性。想要安全的建造T形钢构桥，就要对T形钢构桥的抗风能力进行深入的了解和研究，尽量避免因风力的原因而对桥梁自身结构造成不必要的损坏。目前我国对于桥梁抗风性能的研究，虽然有了一定的发展，但仍然不全面，必须在薄弱环节加以重视。

参考文献

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