基于节段模型风洞试验的莫桑比克马普托大桥主梁选型研究

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1、6世界桥梁2014，42(2)基于节段模型风洞试验的莫桑比克马普托大桥主梁选型研究周健，樊泽民。王骑。。孟令亮。魏雪涛。李元博(1．中国路桥工程有限责任公司，北京10001l；2．西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)摘要：为合理确定主跨680m的莫桑比克马普托大桥的主梁形式，利用节段模型风洞试验，分别研究了扁平钢箱梁、钢箱叠合梁和工字型叠合梁的气动性能。结果表明：扭转刚度较弱的工字型叠合梁颤振风速远低于检验风速，且涡激振动也不满足舒适性要求，在设计中不宜采用；钢箱叠合梁尽管颤振风速较高，但其在钢箱顶面凸起的混凝土桥面板会造成气流分离和漩涡脱落

2、，可能存在较大涡激振动振幅的隐患，可在设计中选择性采用；扁平钢箱梁断面颤振临界风速高，且无明显涡激振动，为该大跨度悬索桥的优选主梁形式。试验结果还显示，若设置宽0．5m的风嘴导流板可进一步提高钢箱梁断面的颤振临界风速，但由于导流板直接影响造价并增加后期养护费用，而节段模型试验结果一般偏于保守，因此最后的取舍需要参考三维颤振计算或全桥气弹模型风洞试验结果。若在其斜腹板』-外挂直径90CITI的过桥水管，将显著弱化颤振性能和涡振性能，凶此在设计中不宦采用。关键词：悬索桥；主梁选型；钢箱梁；叠合梁；风洞试验；气动性能；导流板；过桥水管中图分类号：U442．5；

3、U448．25；U448．27文献标志码：A文章编号：1671—7767(2014)02—0006—061引言等措施对桥梁颤振性能的影响。经过众多的研究_T从二十世纪伊始至今，大跨度悬索桥获得了广作，颤振在设计初期能够得以避免。随着桥梁跨度泛的应用，随着跨度不断增加，其抗风性能也得到了增大，阻尼比降低，主梁的涡激振动成为了困扰大跨越来越广泛的关注l。由于大跨度桥梁风致振动机度桥梁抗风设计的主要问题。该振动由桥梁断面上理的复杂性，在进行桥梁抗风性能研究时，通常需要周期性交替脱落的旋涡所引起，尽管不具有很强的借助风洞试验对桥梁进行抗风性能测试。尤其在初破坏性

4、，但其发生风速较低，会造成结构疲劳，并严步设计阶段，需要借助节段模型风洞试验开展断面重影响行车的舒适性。因此，在设计之初，需要控制的气动选型丁作，选出抗风性能最优的断面形式。涡振振幅，将其影响降低到最小。LarsenLl。研究了气动选型T作主要关注主梁断面的颤振性能和梁底导流板对大贝尔特桥涡激振动的抑振作用；涡激振动性能。颤振是设计和施]_中必须避免的灾Gel1u研究了各种抑振措施对控制西堠门大桥涡激难性振动。1940年塔科马大桥发生风毁事故后，针振动振幅的作用；孙延国等口。研究了低阻尼下人行对桥梁的颤振，在设计之初就会通过一些特殊的手道栏杆、检修轨道、

5、导流板尤其是在检修轨道内侧设段，并加之特殊的气动辅助措施予以避免。在国外，置导流板对提升主梁涡激振动性能的影响。Iarsen{通过大贝尔特桥的风洞试验，研究了栏杆、本文针对莫桑比克马普托(Maputo)大桥初步风嘴导流板以及风嘴类型等对颤振临界风速的影设计阶段的3类主梁断面的颤振和涡振性能，开展响；Miyata研究了不同的桥梁主梁外形对颤振稳了一系列抗风性能研究。本文的研究成果也为初步定性的影响；Bruno]研究了桥梁主梁细节对主梁设计阶段主梁形式的最后确定、主梁气动性能的优气动性能的影响。存围内，Yang综述了提高大跨化方案以及附属结构物的去留提供了依

6、据。度桥梁的颤振临界风速的各种措施；鲜荣等通过风洞试验研究了导流板、风嘴和栏杆透风率等因素2工程概况对某大跨度恳索桥颤振稳定性能的影响；王骑等l8莫桑比克马普托大桥位于印度洋的马普托海研究了扁平箱梁主梁斜腹板倾角对桥梁颤振性能的湾，东临气象条件多变的莫桑比克海峡，常年受亚热影响；葛耀君系统研究了中央稳定板和中央开槽带及热带季风、飓风等气候的影响，气象条件非常复收稿日期：2O1311—22作者简介：周健(1971)．，高级1_程师，1994年毕业于西安公路学院桥梁：r程号业，1二学学士(E—mail：zhoujian2011@qq．corn)。8世界桥梁2

7、014，42(2)斛一一一一∞∞如∞＼∞蜷∞如∞0竖扭竖扭竖扭弯转弯转弯转0．330．290．300．31O．32O．319～72未发生涡激振动现象；钢箱叠合梁在+5。、+3。和O。比较贴近于实际，也属于广义上的欧洲规范范畴。攻角下均发生了明显的竖向涡激振动现象，最大振因此，参照英国规范口关于桥梁气动效应设计的相幅为12．1ITlm；工字型叠合梁在+5。和+3。攻角下关说明对马普托大桥的涡激振动情况做出评估。发生了明显的涡～激∞振动，最大一振幅为144．2mm。该规范中以动态舒适度指标K。作为评价依据，振动模态均为竖向弯曲振动。钢箱叠合梁、工字型KD—Y

8、fB叠合梁涡振测试结果如图3所示。式中，Y⋯为最大涡振振幅(ram)；f为桥梁的