一种新型抗风稳定性气动措施

摘 要：大跨桥梁对风作用敏感，风对桥梁的作用常常成为其控制性因素，诸多桥梁在设计阶段或者建成运营阶段发现了抗风稳定性不足的问题，通常采用常规气动措施来抑制桥梁振动以提高桥梁抗风稳定性，常规气动措施一般要增设额外构件，设计和施工较为复杂，本文通过两个典型工程实例，提出一种简单易行的新型气动措施，即通过部分封闭栏杆来达到提高抗风稳定性的目的。

关键词：大跨桥梁，抗风稳定性，风洞试验，气动措施

中图分类号：TM571.3 文献标识码：A

引言

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。

一、实用新型内容

本实用新型所述提高桥梁抗风稳定性的气动结构，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，对抑制涡激振动和提高颤振稳定性具有良好的作用，而且该结构设计方便，施工简单，效果明显。

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+110。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，主梁横断面有内测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上部，参见图2。

图1

图2

二、风洞试验

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。

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。

2）按照规范要求，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。

三、实验结果分析

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，都可以采用本实用新型来解决。本实用新型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。

四、结语

本实用新型的优点：结构设计方便，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。

参看文献：

[1] 陈政清.桥梁风工程.人民交通出版社.2005.

[2] JTG/T D60-01-2004，公路桥梁抗风设计规范.