大跨度悬索桥施工阶段的抗风研究

大跨度悬索桥施工阶段的抗风研究

摘要: 大跨径悬索桥施工期尚未形成最终的结构体系, 暂态结构的刚度较小, 强风作用下的抗风安全性和

舒适性已成为影响悬索桥安全顺利架设的关键问题。针对风荷载的特点及大跨径悬索桥施工期暂态结构的组成, 分别对风荷载的模拟问题以及桥塔、猫道、缆索和加劲梁等施工期暂态结构抗风性能及控制的国内外研究现状进行了总结, 同时提出了亟待解决的问题。

关键词: 悬索桥; 施工; 暂态结构; 抗风研究

Abstract: For the long- span suspension bridge under construction, the final structural system is not formed, their structural stiffness is greatly reduced, and the security and comfortableness of wind- resistant becomes important problems influencing the construction safety. For the behavior of the wind loading and the composition of the temporary structure, the advances of home and abroad research are reviewed, which is about the problem of the simulation for wind loading and the wind- resistant performance and control of the bridge pylon, catwalks, cables, stiff girder under construction of the long- span suspension bridge. Finally, some important problems regarding the wind- resistant research on long- span suspension bridge under construction are prospected.

Key words: Suspension bridge; Construction; Temporary structure; Wind- resistant research

在20世纪桥梁工程取得伟大成就的基础上, 21世纪的桥梁工程将进入跨海连岛大桥建设的新时期, 而大跨径悬索桥是跨海大桥的首选桥型。国外, 设计主跨达3 500m的意大利Messina海峡大桥已经开始动工, 日本计划修建的纪淡海峡大桥主跨为2 500～3 000m, 日本跨越丰予海峡及津轻海峡悬索桥方案也在3 000m以上。筹建中的西班牙与摩洛哥之间的直布罗陀海湾大桥、美俄之间的白令海峡大桥等还将刷新Messina悬索桥的纪录, 主跨预计接近4 000m。国内, 我国正在实施的沿太平洋海岸的同三线上将依次修建跨越渤海湾、长江口、杭州湾、珠江口以及琼州海峡等5个大型跨海工程, 此外舟山与本土、青岛至黄岛甚至是大陆至台湾之间等都在建设和规划大型连岛工程, 为避开深水基础施工的困难和满足特大型船舶的通航要求, 这些跨海连岛工程中将会建造主跨在2 000m以上的悬索桥。

众所周知, 悬索桥是一种大跨柔性结构, 对风的作用很敏感, 风作用下的结构稳定性(即抗风稳定性) 已经成为影响悬索桥设计和施工的关键控制因素。虽然悬索桥的建设周期并不很长, 但是由于施工中的悬索桥尚未形成最终的结构体系, 与成桥状态相比, 结构的刚度大大降低, 尤其是在主梁架设初期, 结构的抗风稳定性通常比成桥状态还要差。而悬索桥一般情况下都不可能在施工阶段避开强风的天气。因此如何增强结构的抗风稳定性, 确保悬索桥安全顺利地架设, 已成为一个迫切需要研究解决的问题。本文针对风荷载的特点及大跨径悬索桥施工期暂态结构的组成, 分别对风荷载的模拟问题以及桥塔、猫道、缆索和加劲梁等施工期暂态结构抗风性能的研究现状进行了总结, 同时提出了施工过程抗风研究中需要解决的关键问题。

1 风荷载的特点及模拟

目前, 工程中将风处理成平均风和脉动风两部分。平均风可以用随机变量来描述, 其在给定时间间隔内, 风力大小、方向等不随时间而变化, 其沿高度变化往往用指数或对数的平均风剖面来描述; 而脉动风是随机的可以用随机过程来描述, 结构抗风分析中通常近似地将其视为多维多变量各态历经的平稳高斯过程。脉动风场的模拟方法主要有风洞试验、现场实测和数值模拟等, 风洞试验和

现场实测需要的测试手段复杂, 耗时耗资巨大, 故仅仅针对特定的重要工程结构进行; 基于数值模拟方法的风速时程曲线可满足某些统计特性的任意性, 且比实际纪录更具代表性, 因而在实际工程中被广泛应用。迄今, 脉动风速时程的模拟方法主要有谐波合成法( 也称为频谱表达法) 和线性滤波器法。众多研究表明, 在大跨屋盖等结构中采用线性滤波器法比较合适, 而在大跨桥梁中往往采用谐波合成法。谐波合成法采用以离散谱逼近目标随机过程的随机模型, 算法简单直观, 数学基础严密, 适用于任意指定谱特征的平稳高斯随机过程。谐波合成法的基本概念出现在1954年, 近来, 研究者对该法进行了大量的改进, 并应用于斜拉桥、悬索桥抗风分析的风荷载模拟中。他们大部分是对主梁的风荷载进行模拟, 而韩大建等进行了考虑桥塔风效应的随机风场的模拟, 这种模拟方法更为准确, 所以在大跨径悬索桥施工过程中, 应该进一步对考虑暂态结构整体效应的随机风场进行模拟, 这部分工作还鲜见文献报道。

2 桥塔施工期暂态结构的抗风性能

2.1悬索桥施工过程抗风稳定性的变化规律

张新军等通过对大贝尔特桥、亨伯桥、江阴长江大桥、罕加喀斯特桥以及宜昌长江大桥5 座悬索桥施工过程的抗风稳定性进行分析，得到了如下的几点变化规律：

(1) 当主梁拼装长度很短时, 悬索桥的颤振风速非常高。这是由于此时作用在主梁上的气动力非常小, 很容易被来自于主缆系统的惯性力所平衡, 结构的稳定性因此比较好。

(2) 在主梁架设初期(拼装率约在10%～ 20% 左右) , 结构的颤振风速达到最低点, 抗风稳定性处于最差状态。这是由于在这个临界点上, 已拼装的主梁节段足以产生比较大的气动力, 而此时桥面主梁却没有形成足够的刚度来抗衡。

(3) 在主梁拼装的前半过程(拼装率约在40% 以前) , 颤振风速处于整个过程的低谷。这主要是结构的整体抗扭刚度比较小所致。在主梁架设后期, 随着主梁抗扭刚度的增大, 结构的抗风稳定性逐渐增强。

2.2悬索桥施工过程中的颤振稳定性

刘竹钊等通过对主梁非对称拼装顺序以及采用临时的水平交叉加劲措施等方法的研究,讨论如何提高桥梁施工过程的颤振临界风速. 分析结果表明,当主梁采用非对称施工时,会有效提高结构的等效质量,从而提高临界风速. 当采用水平交叉索时,结构的抗扭刚度显著增加,同样增强了桥梁施工过程中的抗风稳定性.

2.3悬索桥施工过程中桥塔的抗风措施

桥梁减振措施可以分为两大类: 机械减振措施和空气动力学措施。在丹麦小贝尔特桥的施工中, 曾采用加设桥塔顺桥向临时抗风支撑; 日本在关门桥、因岛大桥、北备赞濑户大桥等的桥塔中均使用了滑块阻尼的方式, 在曼谷湄南河九世桥桥塔和大阪海港栈桥塔上都采用了TMD( 质量调谐阻尼器) , 在生口桥桥塔上用过TSD( 晃动调谐阻尼器), 还在Fuchu Lake 桥塔上采用了IMD(impact mass damper)。桥塔抗风减振措施大部分用的是上述的机械减振措施, 用空气动力学措施的几乎没有。Y.Kubo通过在棱柱体角部放置圆柱形不断转动的转子来抑制高层建筑的风振, 并做了试验进行验证, 效果良好。由此想到, 能否利用这一思想通过一定的改进运用到大跨径悬索桥高桥塔施工风振控制中, 这一方法的实施必将为桥塔的空气动力学控制措施开创新的方法。

3 悬索桥施工阶段猫道抗风性能

“猫道”是悬索桥施工必不可少的临时工程, 位于主缆之下, 平行于主缆布置, 是操作人员进行主缆施工作业的高空脚手架, 上下游各有一条, 呈U型, 狭长而有些摇晃, 故称“猫道”。猫道是大跨度柔性结构及典型的风敏感结构, 在风荷载作用下其产生的变位及振动对主缆施工架设的精度和稳定性以及施工人员的舒适度和安全等有较大影响。理论上, 在风荷载作用下, 猫道可能发生颤振、驰振、抖振与涡激振动以及静力失稳, 目前研究者主要针对猫道的静力稳定性和颤振进行了研究。然而随着跨海大桥建设热潮的到来, 其他振动形态特别是容易对施工人员舒适性和安全产生很大影响的抖振问题显得至关重要, 但目前尚未见相关文献报道, 所以猫道的抖振性能尚需研究。

杨鑫炎通过风洞试验对悬索桥施工猫道进行了动力特性和抗风稳定性分析，结果表明，虽然没有采取设置抗风索的措施来提高猫道的抗风稳定性，但仍然具有良好的抗风稳定能力。

毛鸿银等应用有限元方法对猫道结构动力特性进行分析，认为猫道结构的一阶反对称侧弯、竖弯和扭转及一阶对称侧弯频率大小与承重缆张力和抗风缆张力之和的根方值成正比；抗风缆矢跨比的改变, 对猫道振动频率影响较小, 可以忽略不计；张力增量对于对称竖弯振动和对称扭转振动频率产生不可忽略的影响；风荷载的作用将使得猫道结构的振动频率增大。

李胜利等采用理论建模和ANSYS 有限元预应力索结构模态分析的研究方法, 对大跨径悬索桥无抗风缆猫道动力特性进行了研究, 结果表明: 桥塔对猫道自振频率影响很小; 猫道的振动频率随着矢跨比的增加而呈减小的趋势; 横向天桥的位置和个数对猫道低阶频率影响很小, 对高阶频率有一定影响; 平行索对猫道频率几乎无影响, 交叉索对猫道低频影响很小, 对扭转频率有一定提

高;CFRP 与钢承重绳猫道的自振频率差别不大,却能大大降低对卷扬机等施工机具的要求。

欧进萍等结合节段模型风洞试验结果, 运用二次开发的ANSYS 软件, 建立东海某大跨径悬索桥无抗风缆猫道的有限元模型, 综合考虑由有效风攻角和有效风速构成的静风荷载非线性和猫道几何非线性的双重影响, 采用增量双重迭代搜索法进行猫道静风失稳的全过程以及静风荷载非线性、横向天桥间距和刚度、初始风攻角、猫道矢跨比、水平拉索对猫道静风稳定性影响的研究。结果表明: 大跨径猫道的失稳形态主要为空间弯扭耦合失稳, 扭转变形对猫道的静风失稳有明显影响, 升力和扭转力矩是猫道失稳的关键因素; 大跨径猫道的静风稳定计算必须同时考虑由有效风攻角和有效风速影响的静风荷载非线性和猫道的几何非线性, 不计入猫道结构变形的影响, 会高估猫道的抗静风稳定能力; 适当减小横向天桥的间距和增大其刚度可以提高猫道的静风失稳临界风速; 随着初始风攻角和猫道矢跨比的增大, 猫道的静风稳定性有所下降; 设置水平拉索会降低猫道静风失稳临界风速。

4 悬索桥施工阶段缆索抗风性能

成桥状态的缆索内有很大的轴力并连着密布的吊索,所以一般会像斜拉桥的拉索那样产生涡振和驰振。随着悬索桥跨径的增大, 缆索直径和作用在缆索上的风荷载都将相应增加, 对悬索桥静风效应和动力风效应的影响将不能忽视; 同时新的高强轻质材料在缆索的应用, 其抗风性能更需要深入研究

何晗欣等基于ANSYS 软件建立了新疆赛吾迭格尔桥的有限元模型,研究了改变抗风缆拉杆与水平方向夹角、抗风缆拉杆长度、抗风缆张力的不同形式抗风缆对桥梁动力特性的影响及抗风缆与其他措施的联合应用。通过研究分析表明, 抗

风缆的应用使结构刚度有所增加, 相应的各阶振型频率增加; 因所选择抗风缆形式的不同, 各类振型受影响的程度不同, 其中1 阶反对称竖弯的频率增加最为明显; 抗风缆角度对于桥梁竖弯振型影响明显; 拉杆长度对于桥梁动力特性影响不显著, 抗风缆的张力对扭转振型控制明显; 缆内张力越大, 对侧弯、竖弯和扭转频率的影响也越大。

张新军等通过推导, 建立了作用于缆索上风荷载的计算模型, 以润扬长江大桥为背景, 分析了缆索风荷载对悬索桥静风效应和空气动力稳定性的影响, 结果表明: 缆索风荷载对悬索桥静风效应的影响比较显著, 但对于空气动力稳定性则没有影响。张新军研究了应用碳纤维缆索的大跨度悬索桥抗风稳定性, 表明从抗风稳定性角度而言, 大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆是可行的。然而施工期缆索抗风性能尚未见相关文献,故尚需研究。

5 悬索桥施工阶段加劲梁抗风性能

悬索桥加劲梁的架设方法可分为以下三类 : 由跨中向两侧桥塔对称拼装, 由两侧桥塔开始向跨中对称拼装和分别从桥塔和跨中位置开始相向拼装。众多研究表明当主梁拼装长度很短时, 悬索桥的颤振风速非常高; 在主梁架设初期, 结构的颤振风速达到最低点, 抗风稳定性处于最差状态; 在主梁拼装的前半过程, 颤振风速处于整个过程的低谷。另外, 频率比, 施工节段的长度, 非对称施工,几何非线性及风结构相互作用的非线性等都影响施工期加劲梁的颤振稳定性。鉴于悬索桥施工期加劲梁的上述性能, 如何采取有效措施提高施工初期的抗风稳定性就显得极为重要。国内外学者通过试验或数值模拟等途径, 成功地探索了一些加劲梁施工期抗颤振的措施。主要有: 采用合适的加劲梁架设顺序, 交替非对称架设顺序法, 偏心质量法, 静态气动附加物法, 设置交叉索法等。成桥时采用的机械抗风措施也应该能在施工期使用, 但这方面文献尚不多见。

6 小结

大跨径悬索桥在施工期不可避免要受到强风的作用,对施工期抗风研究提出了更多的技术难题。已有的研究主要是针对施工期单个暂态构件( 如桥塔、猫道、主梁等) 的某一种风致振动形态( 颤振、抖振、静风稳定等) 问题。对于超大跨度悬索桥或者采取新型材料的大跨径悬索桥, 不仅要考虑施工期单个暂态结构的抗风性能, 而且要考虑施工期暂态结构的整体抗风性能; 不仅要考虑施工期暂态结构的某一种风致振动形态, 而且要考虑施工期暂态结构抗风的综合性能; 不仅要保证施工安全和质量, 而且要保证施工人员的舒适性, 即使狄克曼指标控制在一定范围内14)。因此, 在以后的研究中应着重研究和解决以下几个方面的问题。

( 1) 应该进一步对考虑大跨径悬索桥施工期暂态结构整体效应的随机风场进行模拟;

( 2) 随着悬索桥跨径的增大, 桥塔的高度也将不断增大, 桥塔也可能采取新的结构形态(例如钢管混凝土、碳纤维混凝土等), 施工期的抖振响应和静风作用将显著增大,其他原本不被考虑的风致性能也可能变成重要的问题。当然, 为了控制桥塔的风致振动, 必须研究既经济又方便的抗风措施;

( 3) 猫道是悬索桥施工不可缺少的, 随着猫道跨径的增大, 其可能采取新的材料( 如碳纤维等) , 其施工期抗风的静力稳定性、颤振、抖振等性能会更加突出, 寻找经济、快速、安全的振动控制措施显得特别紧迫;

( 4) 缆索和加劲梁在施工期是紧密相连的, 随着新的高性能材料缆索( 如碳纤维缆索) 的运用, 它们的静力稳定性、颤振、抖振等性能需要综合考察。对

于将来突破2 000m的超大跨径悬索桥施工期将会表现出怎样的抗风性能, 现今的研究成果能否适用, 其变化规律怎样, 这些尚需进一步研究;

( 5) 悬索桥施工期抗风性能, 在单纯对某个构件的抗风性能研究基础上, 需要研究桥塔、缆索、加劲梁组成的暂态结构的整体抗风性能, 从整体上分析其最不利状态进而寻找合适的抗风措施;

( 6) 以往的研究大多是针对某一种抗风性能进行研究,今后在对桥塔、猫道、缆索和加劲梁的研究中, 应该侧重其综合抗风性能;

( 7) 在研究方法上, 节段模型风洞试验和数值模拟,特别是结合一些大型商业有限元软件如ANSYS等进行悬索桥抗风研究, 仍会是一个不错的研究方法, 结合悬索桥及大型商业有限元软件的自身特点, 如何做到对抗风问题实用化, 还有一段路要走。

[ 1] 屈应辉, 徐旭. 大跨度悬索桥脉动风场的数值模拟[ J] . 工业建筑, 2006, 36( 增刊) :

398- 402.

[ 2] George deodatis. Simulation of ergodic multivariate stochasticprocesses[ J] .J.of engineering mechanics, 122(8): 778- 787.

[3] 边建烽, 魏德敏.大跨空间结构风速时程的数值模拟理论[ J] .暨南大学学报( 自然科学版) , 2005, 26( 1) : 87- 90.

[ 4] 舒新玲, 周岱, 王泳芳.风荷载测试与模拟技术的回顾及展望[ J] .振动与冲击, 2002,

21( 3) : 6- 10.

[ 5] Yongle Li, Haili Liao, Shizhong Qiang.Simplifying the simulationof stochastic wind velocity fields for long cable - stayed bridges[ J] .Computers and structures, 2004,82: 1591- 1598.

[ 6] 骆宁安, 杨文武, 韩大建.大跨度桥梁脉动风场的随机模拟[ J] .华南理工大学学报( 自然科学版) , 2002, 30( 3) : 57- 60.

[ 7] 韩大建, 邹小江, 苏成.大跨度桥梁考虑桥塔风效应的随机风场模拟[ J] .工程力学, 2003, 20( 6) : 18- 22.

[ 8] 张新军, 吕燕萍, 悬索桥施工过程抗风研究回顾及展望[ J] .公路, 2006, 10( 10) : 35- 40.

[9 ]刘竹钊, 何宪飞, 陈艾荣大跨度悬索桥施工过程颤振稳定分析[J ] 同济大学学报, 2002, 30 (5)

[ 10] 周孟波, 等.悬索桥手册[M] . 北京: 人民交通出版社, 2003, 9:249- 251.

[ 11] K.Ogawa, T.Ide, T.Saitou.Application of impact mass damper toa cable- stayed bridge

pylon[ J] .Journal of Wind Engineering andIndustrial Aerodynamics, 72(1997)301- 312.

[ 12] 徐刚, 王靖夫, 任文敏, 等.施工中大桥桥塔的TMD减振研究[ J] .工程力学, 2003, 20( 6) : 106- 110.

[ 13] Y.Kubo, V.J.Modi, et al.Suppression of wind- induced vibrationsof tall structures through moving surface boundary- layer control[ J] .Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,61(1996)181- 194.

[ 14] 杨鑫炎, 等.大跨度悬索桥施工猫道抗风稳定性分析[ J] .铁道工程学报, 2004, 82( 2) [ 15] 毛鸿银，项海帆.悬索桥施工猫道的动力特性[ J] .同济大学学报, 1998, 26( 4)

[ 16] 李胜利, 欧进萍. 大跨径悬索桥无抗风缆猫道动力特性分析[ J] .公路交通科技, 2009, 26( 4)

[ 17] 李胜利 , 欧进萍. 大跨径悬索桥猫道非线性静风稳定性分析[ J] .中国铁道科学, 209, 30( 6)

[ 18] 张新军, 张丹.缆索风荷载对悬索桥风效应的影响研究[ J] .公

路, 2005, ( 12) : 1- 4.

[ 19] 张新军, 应磊东.应用碳纤维缆索的大跨度悬索桥抗风稳定性研

究[ J] .土木工程学报, 2006, 39( 12) : 79- 83.

[ 20] 何晗欣1, 2, 刘健新1. 抗风缆对大跨悬索桥动力特性的影响[ J] .公路交通科技, 2010, 27( 7)

悬索桥计算

*第八节悬索 悬索有许多工程应用，常见的有高压输电线、架空索道、悬索桥等。悬索结构两端固定，它和梁的主要区别在于悬索不能抵抗弯曲，只能承受拉力。在初步的力学计算中，假设悬索具有充分的柔软性，故称为柔索。本节讨论的悬索均为柔索。对于已经处于平衡状态的悬索，根据刚化原理可知，作用在悬索上的力应该满足刚体的平衡条件。同时需要注意的是，绳索不是刚体，平衡方程表示绳索平衡的必要条件但非充分条件。 工程实际中经常碰到的问题是：在给定载荷作用下，求悬索的形状、索内拉力和绳索长度，以及它们与跨度、垂度、载荷之间的关系，以作为设计、校核悬索的根据。 悬索在工作中受到的载荷可以分为两类：（1）集中载荷；（2）分布载荷。其中分布载荷中最常见的是水平均布载荷、沿索均布载荷。当不计钢索自重时，旅游胜地高空缆车的索道受到车厢集中力（即重力）的作用（图8-39a）；装有吊篮的架空索道，同样受吊篮的集中力（即重力）的作用。这些都是悬索受集中载荷作用的例子。悬索直拉桥主索上承受的载荷可看成是水平均布载荷（图8-39b)。高空输电线（图8-39c)和舰船的锚链上承受的载荷可看成是沿索均布载荷。 (a) (b) (c) 图8-39 当悬索两支座A和B高度相同时，两个支承点之间的水平距离称为跨度；在载荷作用下，悬索上每一点下垂的距离称为垂度，由悬挂点到最低点的垂直距离称为悬索的垂度。在悬索计算中，跨度和索上最低点的垂度通常是已知的。 一、集中载荷 设绳索（柔索）连接在两个固定点A和B并有n个垂直集中载荷P1、P2、…、P n，如图8—39(a)所示，绳索的重力与绳索承受的载荷相比可以忽略。因此当绳索系统处于平衡状态时，相邻载荷之间的绳索段AC1、C1C2、C2C3和C3B均被拉紧成直线段，即在集中载荷作用下，绳索成折线状。故绳索段AC1、C1C2、C2C3和C3B均可以当作二力杆，绳索中任

某人行景观悬索桥抗风性能试验研究

某人行景观悬索桥抗风性能试验研究 许福友，谭岩斌，张哲，陈国芳 (大连理工大学土木水利学院，大连 116024) 摘 要：通过全桥气弹模型试验对均匀和紊流场、3种风攻角宿迁黄河公园景观桥风振响应性能进行了研 究；对风速高度变化修正系数的理论计算值与规范值作了对比，分析其偏差原因。研究结果表明:地表越粗糙、高度越低，修正系数差值越大；40m高度以上两种结果非常吻合；黄河公园景观桥在三种攻角条件下，都未发现明显的涡激振动，且满足气动稳定要求；即使高风速条件下，抖振位移标准差也有可能高于平均值；均匀和紊流场中位移峰值因子及其比值分别主要分布在区间[2.5，4]和[0.8, 1.2]内；峰值因子与风场、风速、攻角之间基本不存在明确对应关系；本文研究结果对风振理论分析中峰值因子的合理取值提供很好参考。 关键词：人行景观桥；风洞试验；抖振；峰值因子 中图分类号：U448.25 文献标识码：A 现代城市交通流量飞速增长，迫使城市交通实现立体化，为保证行人与车辆双方的交通流畅及安全，城市人行桥得到了迅速的发展。人行桥不仅满足使用功能上的需要，还要向着体现以人为本的设计理念方向发展。因此往往作为城市标志性建筑而存在。采用钢材建造的斜拉桥和悬索桥，作为柔性轻逸结构更能给城市增添了活力和点缀，因此受到设计师和行人的青睐。有些人行桥往往较窄，宽度在5m 左右即可满足通行能力，此时由于人行荷载或风荷载引起的桥梁振动问题可能比较严重，需要采取抑振和减振措施。 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50708012)、高等学校博士点新教师基金(20070141073) 收稿日期:2008-07- 1 22.0Pimentel [1]研究了来自人群行走时竖向荷载引起的人行桥振动，并根据设计要求对其进行评估。伦敦千禧桥[2]在人行荷载作用下表现为保持平衡状态的竖向、侧向和扭转耦合滚动，被称为“Holland Rotation”（荷兰式滚动）。Nakamura [3]通过现场实测研究了某人行悬索桥的侧向振动，为振动分析提供了第一手资料。法永生[4]通过模拟人行随机荷载激励对人行桥进行了人致振动时程分析并对其舒适度进行了评价，给出可行的减振措施并预测减振效果；建立了适合于评估人行桥振动烦恼率的舒适度量化指标，提出了考虑人行桥竖向与侧向耦合振动时的综合评价方法。孙利民教授[5]对人行桥人行激励竖向振动的国内外现有规范和标准进行了比较研究，并探讨了针对侧向人行激振的振动使用性设计方法。在参考国外规范的基础上，建议确定竖向和侧向人行激振荷载的计算公式。Flaga [6]通过理论分析研究了风荷载作用 下某人行悬索桥的气动特性。Tanaka [7]通过在某人行悬索桥跨中添加紧扣缆索与主梁的夹锁装置，可以大大减小跨中竖向挠度，提供颤振临界风速，且抑制了涡激振动。国内外对人行桥进行风洞试验很少，李文勃[8]通过节段模型风洞试验研究了深港皇岗/落马洲人行斜拉桥抗风性能。有关人行桥气弹模型风洞试验至今未见相关文献报道。 宿迁黄河公园景观桥为单跨105m 人行悬索桥，是宿迁城市标志性建筑。虽然该桥跨度不大，但加劲梁 采用钢桁架梁(图1)、高 图1主梁桁架断面 (单位：cm) 1.4m 、宽4.8m ，结构既窄，又轻。本文通过全桥气弹模型风洞试验对其涡振、抖振和颤振抗风性能进行研究。 1. 几种风速的确定 徐州宿迁地区基本风速为25.6m/s [9]。宿迁黄河公园景观桥桥位属于C 类风场，梯度风高度为400m ，风速剖面指数=α。标准风场，即B 类风场梯度风高度为350m ，16.0=α。桥面高出水面5m ，因此设计基准风 速为：V =17.2m/s 。 而根据抗风规范22.016 .)400/5(10/3506.25××=）（d [9]提供的C 类风场5m 高度处风速高度变化修正系数K 为0.86，即25.6×0.86=22 m/s 。由此可见，两种结果差别非常明显。主要原因如下：自然界风场被

大跨度结构的抗风设计

大跨度结构的抗风设计 摘要：大跨度结构设计中风荷载是控制荷载之一。由于其在风荷载和结构特性方面的复杂性，至今还没有建立像高层建筑那样有效的风荷载分析方法。本文回顾总结国内外大跨度结构抗风设计方法，并指出其存在的不足，进一步分析这种结构的破坏形式及有关的抗风措施。 关键字：风荷载，风压分布，风振响应，风洞试验，抗风措施 Abstract: the big span structure design stroke is one of the load load control. For the wind load and structure characteristics of complexity, so far no set up like that effective high-rise building wind load analysis method. This paper reviewed and summarized up big span structure wind design method, and points out the existing problems and further analyses the structure, the destroy form of wind resistance and relevant measures. Key word: wind loading, wind pressure distributions, wind vibration response, wind tunnel test, wind measures 1. 引言 借着2008年北京奥运会和2010年上海世博会的契机，在中国掀起了一股修建大跨度体育馆（场）的热潮，出现了像“鸟巢”、“水立方”等跨度大、建筑新颖、结构复杂的建筑物。DavenPort[1]曾经说过，如果没有风，结构尤其是大型结构的设计将会容易很多，造价也会低很多。这些大跨度结构受力复杂，质量较轻、阻尼较小，处于湍流度高的低矮大气边界层中，其风致动力响应较为明显，很多时候已经不能单纯地依据规范进行设计，特别是这些结构的抗风设计几乎是无据可依。这时，大跨度空间结构的抗风设计成为衡量结构师水平的一个重要标志。 2大跨度结构抗风设计基本方法 建筑结构的抗风研究是个系统工程[2]，在大跨度结构的抗风研究中，风工程研究人员的主要任务就是从外形迥异的建筑形式中归纳出结构表面风压分布的规律，解释风压分布的机理，通过结构风致响应的分析获得等效静风荷载。 图2.1结构抗风研究的主要流程

大跨径悬索桥风致振动及抗风措施

大跨径悬索桥风致振动及抗风措施 摘要：悬索桥以主缆为主要承重结构具有跨越能力大、雄伟壮观、造型优美等优点而成为大跨径桥梁结构首选桥型之一。但随着跨度的增大，悬索桥的刚度变小，对风的敏感性越来越大，对抗风要求也越来越高。大跨度悬索桥在风荷载的作用下，主要构件会产生各种形式的振动。简述了国内外悬索桥抗风的发展和研究历史，分析了悬索桥风致振动的形式，并提出增强结构刚度、抑制风致振动的抗风措施。 关键词：大跨径悬索桥、风致振动、抗风措施 1 前言 悬索桥是以缆索为主要承重结构的桥梁结构，由于其强大的跨越能力，成为跨越宽大江河、海湾的首选桥型之一。我国修建悬索桥的历史久远，早在千年之前，四川就已出现竹索桥。明清时期，在我国西南地区，修建有诸多铁索桥，有些索桥至今仍在使用，著名于世的有贵州盘江桥和四川泸定桥。在国外，也存在古老的悬索桥，如麦地海峡桥和克里夫顿桥。20世纪初，国外欧美等国家经历了工业革命，加上悬索桥计算理论的初步形成，使悬索桥得到迅速的发展。由于缺乏对空气动力学的研究，1940年，美国塔科马桥被风摧毁而倒塌。此后十年，悬索桥的建设进入了停滞期。在塔科马老桥风毁后，人们意识到悬索桥抗风设计的重要性，开始进行很多风洞试验以探索悬索桥抗风措施。抗风研究阶段后，世界各国为了适应日益增长的交通量和经济发展，兴起了修建大跨径悬索桥的高峰。我国在90年代后，国家加强基础建设水平，悬索桥的发展迅猛，东南沿海地区地区和长江内河等地修建了诸多大跨度的悬索桥，如今建设已经走在了世界的前列。但悬索桥由于跨径的增大，刚度减小，柔性问题突出，承受风荷载的能力逐渐减小，极易被风摧毁。悬索桥的风毁破坏属于脆性破坏，破坏前是难以预测和预警。因此，深入了解桥梁与风作用后效应，进行科学合理的抗风设计，采取有效的抗风措施提高桥梁的抗风能力，对于悬索桥的建设和发展具有十分积极的现实意义。 2 大跨度悬索桥风致振动形式 风是指空气由于太阳加热不均匀而引起的流动，具有一定的速度与方向。桥梁在风通过时，会与风产生作用，形成摩擦力和推力。当风以不变的物理量作用在桥梁时，产生的力为静力，可按结构力学方法进行计算。但是自然界风的作用由于具有不规则性，对悬索桥作用的大小和方向是随机的。悬索桥结构构件与风的作用大小和方向有所不同，会产生不同形式的风致振动。下面主要介绍悬索桥结构产生的常见风致振动形式。 2.1 加劲梁的颤振 当风通过非流线型断面的加劲梁时，气流会产生涡旋和分离，此时风不仅具有静力作用，更值得注意的是其对桥梁结构的动力作用。对于大跨度悬索桥这种刚度相对较小的桥型，风的作用激发了加劲梁结构产生振动，加劲梁的振动发过来影响气流的流场，改变气流的大小和方向，此时风的流动和加劲梁振动想互影响。空气力受加劲梁振动的影响较大时，形成一种自激力。加劲梁的振动系统阻尼在受不断的气流反馈作用而变为负值时，不断吸收能量导致振幅逐步增大的空气失稳现象现象称为加劲梁的颤振。

大跨度屋盖结构

一、桁架 桁架应用极广，适用跨度范围（6—60m）非常大。以受力特点可分为： 平面桁架、立体桁架、空腹桁架。通常所指的桁架全是平面桁架，只在强调其与立体桁架或空腹桁架有所区别时，才称之为平面桁架。文艺复兴时期，改进完善了木桁架，解决了空间屋顶结构的问题；10 世纪工业大发展，因工业、交通建设需要，进一步加大跨度。出现了各种钢屋架采用桁架。 （一）桁架的基本特点 1．平面——外荷与支座反力都作用在全部桁架杆件轴线所在的平面内； 2．几何不变——桁架的杆件按三角形法则构成； 3．铰接——杆件相交的节点，计算按铰接考虑，木杆件的节点非常接近铰 接；钢桁架或钢筋混凝土桁架的节点非铰接、实属于刚架，其杆件除轴向力外，还存在弯矩，会产生应力但很小，依靠节点构造措施能解决，故一般仍按结点铰接考虑； 4，轴向受力——结点既是铰接，故各杆件（弦杆、竖杆、斜杆）均受轴向力，这是 材尽其用的有效途径。 （二）桁架的合理形式 选择桁架形式的出发点是受力合理，能充分发挥材力，以取得良好的经济效益。桁架杆件虽然是轴向受力，但桁架总体仍摆脱不了弯曲的控制，在节点竖向荷载作用下，其上弦受压、下弦受拉，主要抵抗弯矩，而腹杆则主要抵抗剪力。由力分析可以看出，在其他条件相同的情况下，受力最合理，结点构造最简单，用料最经济，自重最轻巧，施工也可行的是多边形或弧形桁架，因其上弦非直线，制作较复杂，仅适用于较大跨度的情况。一般为便于构造与制作，上下弦各采用等截面杆件，其截面按最大内力决定，故内力较小的节问，材料未尽其用；为充分发挥材力，应尽量使弦杆各节点内力值接近。为进一步改进多边形桁架，使其上弦制作方便些，可作成折线形上弦的桁架，其高度变化接近于抛物线，这样适用于中、大跨(l>18m),但其制作

太阳能路灯抗风设计

2.3.2 抗风设计 在太阳能路灯系统中，结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。下面按以上两块分别做分析。 ⑴太阳能电池组件支架的抗风设计 依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），电池组件承受的风压只有365Pa。所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。 在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。 ⑵路灯灯杆的抗风设计 路灯的参数如下： 电池板倾角A = 16o 灯杆高度= 5m 设计选取灯杆底部焊缝宽度δ= 4mm 灯杆底部外径= 168mm 如图3，焊缝所在面即灯杆破坏面。灯杆破坏面抵抗矩W 的计

算点P到灯杆受到的电池板作用荷载F作用线的距离为 PQ = [5000+（168+6） /tan16o]×Sin16o = 1545mm =1.545m。所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M = F×1.545。 根据27m/s的设计最大允许风速，2×30W的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为730N。考虑1.3的安全系数， F = 1.3×730= 949N。 所以，M = F×1.545= 949×1.545= 1466N.m。 根据数学推导，圆环形破坏面的抵抗矩W = π× （3r2δ＋3rδ2＋δ3）。 上式中，r是圆环内径，δ是圆环宽度。 破坏面抵抗矩W = π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3） =π×（3×842×4＋ 3×84×42＋43）= 88768mm3 =88.768×10－6 m3 风荷载在破坏面上作用矩引起的应力= M/W = 1466/（88.768×10－ 6）=16.5×106pa=16.5 Mpa＜＜215Mpa 其中，215 Mpa是Q235钢的抗弯强度。 所以，设计选取的焊缝宽度满足要求，只要焊接质量能保证，灯杆的抗风是没有问题的。

大跨度悬索桥的发展历史与研究

大跨度悬索桥的发展历史与研究 1.引言 随着世界经济建设的发展，交通运输在国民经济中的地位和作用日益重要。洲际之间、海峡两岸和陆岛之间迫切需要修建大跨度，特大跨度或超长跨度桥梁[1]。我国渤海海峡跨海工程、长江口越江工程、珠江口伶仃洋工程以及琼州海峡工程，为了避免深水基础施工的困难和高昂的造价，满足超级巨轮通航要求，需要修建1000m以上甚至2000m以上的超大跨度桥梁[2]。作为后本四联络线的架桥设计，日本计划在东京湾、纪淡海峡、伊势湾等地进行横跨海峡的设计，其规模是超越Akashi-kaikyoBridge的超大跨度桥梁。欧洲和非洲之间隔着地中海，其西部最窄处为直布罗陀海峡，从西班牙到摩洛哥，修建一座大桥，把两大陆连接起来是很有必要的[3]。悬索桥是目前跨度超过1000m时最优可选桥型之一，从学术研究来说，大跨度悬索桥的研究是当前桥梁学科中最重要与最活跃的领域之一。 2.悬索桥结构特性及发展阶段 悬索桥是以悬索为主要承重结构的桥梁类型，主要由大缆、桥塔、锚碇、加劲梁和吊索组成。构造简单，受力明确。由于其主要构件大缆承受拉力，材料利用效率最高。因此悬索桥是目前跨度超过1000m时最优可选桥型之一，并且认为在600m以上的跨度同其它桥型相比也具有很强竞争力。悬索桥的发展具有几个重要里程碑：(1)弹性理论的建立与BrooklynBridge的建成。(2)挠度理论的建立，GeorgeWashingtonBridge的建成以及人们对大跨悬索桥重力刚度的认识。(3)TacomaNarrowsBridge风毁事件，桥梁风工程学科的建立。 (4)SevernBridge的建成，流线型扁平钢箱梁和正交异性钢桥面板的广泛应用。(5)有限元技术的发展，大跨度悬索桥有限位移理论的建立。 2.1悬索桥弹性理论 1883年跨越纽约东河的BrooklynBridge建成通车，设计者是天才的桥梁设计师JohnARoebling。由于高强碳素钢丝的使用和空中送丝法(aerialspinning)大缆施工技术的确立，该桥的跨度一下提高到486m。这两项技术是现代悬索桥发展的基础，所以BrooklynBridge 被大家公认为世界上第一座现代悬索桥。1903年建成的WilliamsburgBridge，分跨284m+488m+284m，规模与BrooklynBridge相当，当时的计算理论为弹性理论。 2.2悬索桥挠度理论 1888年，奥地利的Melan教授提出了适用拱桥和悬索桥一类结构的挠度理论，并于1906年做了进一步的改进。以后由Steinman和Timoshenko等对挠度理论予以发展，立即促进了悬索桥的长大化，使得悬索桥的跨度一下子突破了1000m大关。纽约GeorgeWashingtonBridge 作为世界上第一座真正意义上的大跨悬索桥，分跨186m+1067m+198m。该桥的设计者第一次认识到了大跨悬索桥重力刚度概念，并用这一概念来订正“挠度理论”的分析结果。 2.3TacomaNarrowsBridge风毁事件与桥梁风工程学科的建立 1940年7月1日，由L．Moissief设计的位于美国华盛顿州主跨853m的TacomaNarrowsBridge建成通车，为了达到节省目的，设计者采用高度很小的板梁作为加劲梁，该桥的跨度与梁高之比为350，而在这以前对于这样的跨度规模，其跨高比为70。1940年11月7日，在19m／s的八级大风作用下发生强烈的风致振动，导致全桥倒塌。这一事

建筑结构抗风设计

体育场网架屋盖结构风振浅析 XXX （学校，南京，210016） 摘要：伴随着的材料科学发展和土木工程施工工艺的进步，新建的体育场看台多用外形美观、结构新颖的大跨度柔性结构方向发展，这不仅满足了结构使用功能的需要，同时也给观众提供了开阔的视野。大跨度网架屋盖结构在风荷载下会受到强大的吸力，并引起柔性屋面的振动。本文简要介绍了大跨结构表面风压分布特征，风致破坏机理和风洞试验在大跨屋盖结构的应用。 关键词：大跨网架屋盖结构；风致破坏；风洞试验 A Brief Analysis of Study on Wind Induced Dynamic Response of Long Span Grid Roof Structures XXX ( College of Aerospace Engineering, Nanjing University of Aeronautics ＆ Astronautics, Nanjing, 210016, China) Abstract：Along with the development of science and technology，the stands of stadium are often covered with long—span flexible roof structures with beautiful shapes and new structural systems.It not noly meets the function of use,but also provide the audience with good view.When wind flows around roofs,the airflow will be separated to form a high suction zone，and the flexible roofs will suffer from wind—induced buffeting response.The article made a brief introduction of the issue Key words：Long-span grid structures；wind damage；wind tunnel test 引言 风灾是自然灾害的主要灾种之一，虽然其作用幅度比一般地震荷载小，但其作用频度却比地震荷载高得多。随着结构规模的增加，风荷载变得越来越重要，以至于最后成为结构设计中控制性荷载，近年来，国内外建造了大量的重大工程建筑结构，在这些重大工程的设计中，强风作用下结构的风荷载往往决定着结构的安全性能。典型的实例是大跨度网架屋盖结构，此类结构不断出现在体育场馆、机场、文体活动中心和展览馆等大型公共建筑中。国内著名的大悬挑屋盖体育场有上海虹口足球场、青岛体育中心、上海八万人体育场以及台州体育中心主体育场等，国外实例有意大利罗马体育场、美国亚特兰大奥运会主体育场、加拿大蒙特利尔奥林匹克体育场等。此类建筑造价颇高，作为公共建筑，社会效益显著，多为当地标志性建筑。 此类体育场屋盖具有质量轻、跨度大、柔性大、阻尼小、自振频率低的特点，而且这类结构往往比较低矮，在大气边界层中处于风速变化大、湍流度高的区域，再加上屋顶形状多不规则，绕流和空气动力作用十分复杂，风在体育场内形成了一个大的三维空间的非定常湍流场，体育场内风流动的机理很复杂，所以这种大跨屋盖对风荷载十分敏感。风荷

悬索桥重点(关键)和难点分项工程的应对措施

3.2. 4.7.9.1索塔施工 (1)重点与难点 A索塔施工测量 本工程索塔高，距两岸较远，给索塔施工测量带来较大的难度。 B索塔C50高性能混凝土 索塔混凝土泵送高度较大，在进行配合比设计时应充分考虑混凝土的强度、耐久性及泵送性能，配备泵送能力较强的输送泵。 C实体段大体积混凝土的温控措施 塔柱实体段属高标号大体积混凝土，施工时必须采取有效措施进行内外温差控制，防止混凝土开裂而降低工程耐久性。 D横梁施工支架 横梁施工支架均属高支架，对支架的强度和刚度要求高。 (2)应对措施 索塔施工测量放样定位采用全站仪三维坐标法进行施工控制，高程控制采用全站仪三角高程法结合NA2精密水准仪几何水准法，达到满足测量精度和施工质量要求。 塔柱起步段采用爬模施工，其爬架、模板利用液压爬模的外模和外爬架，分层高度3.0m，设4层；其余塔柱采用液压爬模施工，爬模标准施工节段高4.5m。 塔柱实体段采用分层浇注，并采取有效的温控措施。 横梁采用钢管支架现浇。 在索塔施工过程中，均属高空立体交叉作业面，安全控制难度极大，对支架施工、爬模施工、预应力施工等工序必须严格进行安全控制。 3.2. 4.7.9.2猫道施工 (1)重点与难点 猫道系统是悬索桥上部结构安装最重要的临时工程之一，作为上部结构安装最大的施工平台，贯穿上部结构安装的始终。猫道系统的好坏直接关系到整个上部结构安装的施工安全与质量。 (2)应对措施 猫道结构采用三跨连续的无抗风缆体系，以简化施工工序，有利于加快施工进度，有利于降低对桥下通航的影响。 猫道的设计，特别是对每根猫道索的长度、破断张力、最大荷载、弹性变形的要求都将充分考虑到上部结构安装过程中的各种工况。 猫道架设采用单线往复式牵引系统，在单线往复式牵引系统形成前，先进行先导索过江，导索过江通过500HP拖轮从南向北牵引过江，需进行一次封航。 形成单线往复式牵引系统后，通过托架法架设猫道索，该工作关键点在于：对于未锚固猫道索的临时固定工作。 牵引过程中两岸的卷扬机同步指挥。 这两项工作中的任何失误，都将直接威胁航道的安全。 猫道的就位、测量及调整通过经纬仪观测主跨各索的切线与水平面间的夹角，塔顶实测纵向偏移值及塔顶和塔底的温度平均值，计算出各索的调整长度，据此在连接滑轮组上进行调整。 根据施工进展需要，对猫道索长进行阶段性的放松调整。在主缆架设完毕后，将猫道转载于主缆上。根据猫道施工的要求，在工程后期对锚固点进行调整。

探讨大跨度悬索桥施工技术

探讨大跨度悬索桥施工技术 发表时间：2018-08-10T13:12:28.060Z 来源：《科技新时代》2018年6期作者：郑东平 [导读] 随着西部山区高等级公路的建设，大跨度悬索桥的数量不断增加。 （广东省长大公路工程有限公司第一分公司） 【摘要】作为公路桥梁施工的重要组成部分，悬索桥施工质量直接影响公路桥梁施工的整体质量。因此，为了提高公路桥梁施工的整体质量和运行后的各项性能，首要任务是要保证悬索桥的施工质量，要求公路桥梁施工企业不断优化施工技术和悬索桥施工管理。 【关键词】悬索桥；施工；技术 1引言 随着西部山区高等级公路的建设，大跨度悬索桥的数量不断增加。与沿海地区或大型河流的大跨度悬索桥相比，大跨度悬索桥有许多不同的设计或施工技术。例如，加强梁的安装技术是完全不同的。 当在河流或海面上架设悬索桥加固梁并具有良好的导航条件并能够驱动大吨位船舶时，通常可以选择平坦和开放的地点来制造加强梁，然后使用大吨位船舶来将制造的加强梁段输送到桥梁。在安装位置下方，使用电缆葫芦垂直提升。如果没有良好的导航条件，很难将这种方法用于山地悬索桥。主要原因是加强梁段不仅重，而且段的重量通常超过100吨，尺寸巨大，平面尺寸超过10米。几十米之间;如此大的加强梁难以通过陆地运输，并且更难以直接在要安装的位置下方运输。因此，山地悬索桥一般需要在桥梁附近设置加固梁制造厂，以避免大截面加强梁的陆地运输，并解决桥梁位置加强梁的运输安装问题。 悬索桥的优点：交叉输送能力强，主梁截面形式不受跨度影响; 结构灵活，无地形限制; 结构力很明显; 大吨位缆索起重机的应用。 缺点：需要解决大吨位和大型部件的运输问题，如鞍座等部件; 钢箱梁加工现场和现场运输; 钢箱梁安装; 复杂气候条件下的钢箱梁的焊接。 2概述 2.1 工程概况 Pulit Bridge的总长度为1044m，桥梁跨度为4×40mT梁+ 628m吊桥+3×40mT梁+3×40mT梁，桥面为双向四车道[1]。 Prelit Bridge的主桥是双撑单跨钢箱梁悬索桥。主电缆跨度为166 + 628 + 166m，跨度比为1/10，两根主电缆水平排列，主电缆跨桥中心为26m。吊索与桥梁之间的标准距离为12m，主跨分为8.1 + 51×12 + 6.6m，钢箱梁高3m，梁宽28.5m，标准梁140t，主塔是龙门架。框架结构，高塔柱153.5m（低塔柱高138.5m），塔柱设有上，中，下预应力混凝土等高箱梁，主塔基础为帽桩基础结构（桩柱直径）距离嵌岩桩为3.0m，两侧的锚固形式为隧道锚，而宣威岸采用重力锚的形式。有关桥式布置，请参见“图1 Pulit Bridge的总体布局”。 图1 普立特大桥总体布置图 2.2 主索布置 悬索桥施工电缆起重机一般需要设置两套主电缆。两组主缆之间的距离可以大于吊桥主缆之间的距离，也可以大于吊桥主缆的横向距离。影响两根主缆横向间距的主要因素是加强梁的提升方法。如果加强梁没有在已经竖立的梁截面下方抬起，也就是说，当加强梁从两排的两端连续抬起到中跨方向时，电缆的两根主绳索起重机一般布置在主电缆内部，当然可以放在主电缆的外面。当电缆葫芦的主电缆布置在吊桥的主电缆外部时，不仅需要安装大型吊具，而且支撑主电缆的塔需要支撑在吊塔的外侧。墙体通过塔顶部的坚固嵌入部分，因此电缆葫芦主要电缆一般布置在主电缆内部。如果吊起当Cheng中的加强梁需要通过竖立梁段以下时，那么吊索必须将吊车的两组主绳索布置在吊桥的主缆外。 缆索提升机的每根主缆通常由多根钢丝绳组成。例如，鹅公岩大桥和四渡河大桥的电缆葫芦由8 056根钢丝绳组成。北盘江大桥各组主缆为12根，由52根钢丝绳组成，龙江大桥由根部为060的钢丝绳组成。当多根钢丝绳形成一套主钢丝绳时电缆，为避免主绳索不一致造成的不均匀力，主电缆通常串联连接。 2.3 施工难点 （1）锚地地形危险，深谷高差大，地质复杂，开挖难度大，桥梁处于高地震带。需要斜坡保护。锚固主体结构的混凝土很大，需要大体积混凝土的温度控制措施。 （2）大跨度200t电缆起重机的建设，监测和维护是困难的。 （3）普里大沟峡不通航，不具备钢箱梁运输条件。钢箱梁只能安装大跨度电缆葫芦，钢箱梁难以竖立。 （4）桥所在的峡谷风较大，雨季较重，周期较长。 3 方案概述 电缆塔架及基础：大直径桩基钻孔灌注桩的方法。盖子的大体积混凝土由大型钢模层压。塔式混凝土由爬模铸造，梁用钢管桩浇铸到位。垂直提升由塔式起重机进行。垂直升降机用于运输和混凝土泵送。 锚杆：基坑主要采用机械挖掘运输车辆挖掘，人工辅助开挖方法，硬岩层采用浅层爆破法，草坡采用拱坡防护草，基础网喷防护。锚体分层并放置在一个街区内，采用大体积混凝土施工工艺。

建筑结构抗风设计

建筑结构抗风设计在如今经济高速发展的同时，建筑的高度也飞速增高，而且建筑体型越来越复杂。高楼引来“风速杀手”。由于高层、超高层建筑鳞次栉比而引发峡谷效应，使城市街道风速加大，以致危及行人和行车安全。这种峡谷效应还表现在某些高楼部分外墙表面因风速过大产生巨大负压，玻璃幕墙或大墙板块会像雪崩一样脱落，高档门窗等也常常会发生突然崩塌、坠落伤人事故。所以，建筑高度的增高和复杂的体型使得建筑结构抗风设计的难度也在不断提高。我们要明白风对建筑的危害机理才能更好地进行抗风设计。风是紊乱的随机现象。风对建筑物的作用十分复杂，规范中关于风荷载值的确定适用于大多数体型较规则、高度不太大的单幢高层建筑。目前还没有有效的预测体型复杂、高柔建筑物风作用的计算方法；摩天大楼可能造成很强的地面风，对行人和商店有很大影响；当附近还有别的高层建筑时，群体效应对建筑物和建筑物之间的通道也会造成危害。风对建筑物表面的作用力大小，与建筑物体型、高度、建筑物所处位置、结构特性有关。 我国是世界上遭受台风灾害最为严重的国家之一,每年因台风灾害造成的经济 损失十分惨重。城市各类建筑物的损坏与倒塌是风灾直接损失的主要组成部分,快速预测和评估城市建筑物遭受风灾后的损伤情况,对城市防灾减灾工作至关重要,也是目前土木工程领域急待解决的一个问题。接下来让我们看一些比较成功的抗风设计的实例。 1974年美国芝加哥建成443m高（加上天线达500m）110层的西尔斯大楼成为当时世界最高的建筑，纽约的世界贸易中心大厦(412m，110层)只能让位，退居第二。大楼由9个标准方形钢筒体(22．9mx22．9m）组成。该结构由SOM设计．建筑师为FazlurKahn。建造到52层减少2个简体．到67层再减少2个简体．到92层再

悬索桥的计算方法及其历程1

悬索桥的计算方法及其发展 悬索桥是一种古老的桥梁结构形式，也是目前大跨度桥梁的主 要结构型式之一。悬索桥主要是由缆索、吊杆、加劲梁、主塔、锚 碇等构成。从结构形式上看，它是一种由索和梁所构成的组合体系，在受力本质上它是一种以柔性索为主要承重构件的悬挂结构。悬索 桥随着跨度的增大，柔性加大，在荷载作用下会呈现出较强的非线性，所以悬索桥宜采用非线性方法来进行结构分析。 考虑悬索桥非线性因素的结构分析方法主要有挠度理论和有限 位移理论。挠度理论考虑了悬索桥几何非线性的主要因素，可用比 较简便的数值方法来分析，又有影响线可资利用，故很适用于初步 设计阶段的结构设计计算。有限位移理论则全面地考虑了悬索桥几 何非线性因素，计算结果较挠度理论精确，但计算过程复杂，直接 用于设计计算有诸多不便和困难。 悬索桥挠度理论是一种古典的悬索桥结构分析理论。这种理论 主要考虑悬索和加劲梁变形对结构内力的影响，在中小跨度范围内 其计算结果比较接近结构的实际受力情况，具有较好的精度。悬索 桥挠度理论主要分为多塔悬索桥挠度理论和自锚式悬索桥挠度理论。 最初的悬索桥分析理论是弹性理论。弹性理论认为缆索完全柔性，缆索曲线形状及坐标取决于满跨均布荷载而不随外荷载的加载 而变化，吊杆受力后也不伸长，加劲梁在无活载时处于无应力状态。弹性理论用普通结构力学方法即可求解，计算简便，至今仍在跨径 小于200米的悬索桥设计中应用[1]。但弹性理论假定缆索形状在加 载前后不发生变化，显然与悬索桥的可挠性不符，因此发展出计入 变形影响的悬索桥挠度理论。

古典的挠度理论称为“膜理论”。它是将悬索桥的全部近视看成是一种连续的不变形的膜，当缆索产生挠度时，加劲梁也随之产生相同的挠度。由于根据作用于缆索单元上吊杆力与缆索拉力的垂直分力平衡以及作用于加劲梁单元上的外荷载及吊杆力与加劲梁弹性抗力平衡的条件建立力的平衡微分方程而求解。挠度理论和弹性理论的最大区别是摒弃了弹性理论中关于缆索形状不因外荷载介入而改变的假设，相应建立缆索在恒载下取得平衡的几何形状将因外荷载介入而改变及同时计入缆索因外荷载所增索力引起的伸长量的假设，极大的接近悬索桥主索的实际工作状态，对悬索桥的发展起到了很大的推动作用。 悬索桥的挠度理论也是一种非线性的分析方法，至今仍不失为分析悬索桥的较简单实用的手段。但挠度理论在基本假设中忽略了吊杆的变位影响及加劲梁的剪切变形影响等，使分析结果的精度受到限制。随着计算方法、计算手段的发展，悬索桥的计算理论也发展到将悬索桥作为大位移构架来分析的有限位移理论。有限位移理论将整个悬索桥包括缆索、吊杆、索塔、加劲梁全部考虑在内，分析时可以将各种二次影响包括进去，从而使悬索桥的分析精度达到新的水平。 有限位移理论是20世纪60年代提出的计算理论。它是一种精确的理论，不需挠度理论所作的那些假定。其计算值一般要小于挠度理论[3]。根据参考文献，主跨为380m时，用有限位移理论计算的内力、挠度值，比挠度理论小10﹪；主跨768m时，在半跨加均

国内外大跨径桥梁建设之悬索桥

国内外大跨径桥梁建设之悬索桥 悬索桥是一种古老的桥型，起源于中国，革新于英国，发展于美国，广泛应用于日本。它因具有跨度大、美观、架设方便等特点而得到广泛的应用。随着高强钢丝和优质材料的出现，架设工艺的改进以及计算理论和手段的不断完善，悬索桥正朝长、大方向发展，并因其在大跨度方面具有较大的优势而成为现代大跨径桥梁家族中的重要成员。 从1816 年，英国建成了第一座具有现代意义的悬索桥——跨径为124m、以钢丝做主索的人行吊桥起，工程界开始重视对悬索桥的理论研究。1823年纳维尔发表了加劲梁悬索桥理论，认识到竖向挠度随着恒载的增加而减少。到19 世纪末，悬索桥的跨度达到200~300m 。1883 年列特和1886 年列维分别发表了弹性理论，这使悬索桥的跨径达到了500m 以上。1888 年米兰提出了挠度理论，利用该理论分析的第一座桥是曼哈顿（Manhattan ）大桥（主跨径为448m ）。到1931 年，挠度理论使悬索桥的跨度增大了一倍，且突破了l000m ，这就是跨越哈得孙河的乔治?华盛顿（George ?Washington ) 大桥（主跨1067m ）和旧金山金门（Golden Gate ）大桥（主跨1280m ）。悬索桥的发展至今已有近200 年的历史，它是大跨径（尤其是1000m 以上的特大跨径）桥梁的主要形式之一，其优美的造型和宏伟的规模，常被人们称为“桥梁皇后”。1966 年英国塞文（Severn ）桥的加劲梁首先采用流线型扁平钢箱梁，增大了桥梁抗风性能和抗扭刚度，且用钢量少、维护方便。1970 年丹麦小贝尔特（Small Belt ）桥的钢箱梁首先采用箱内空气干燥装置，增强了防腐性能。跨径为世界第一的明石海峡大桥悬索桥的抗震设计成功地经受了1995 年日本神户大地震考验。我国虽然很早就开始修建悬索桥，但是其跨径和规模远不能同国外现代悬索桥相比。 我国悬索桥发源甚早，已有3000 余年历史。其发展大致可分为古代悬索桥、近代悬索桥和现代悬索桥三个时期。 古代悬索桥：在我国四川境内，远在公元前250 年就有李冰所建的人行“笮桥”。汉宣帝甘露四年建成长百米的铁索桥，它比英国在1741 年修建的铁链悬索桥要早1800 年。古代悬索桥只适用于人畜通过，跨长小于130m , 面窄无加劲梁，上下波动较大。 近代悬索桥：1858一1949 年修建的悬索桥归为近代悬索桥。近代悬索桥与古代悬索桥相比，其进步之处首先是按力学理论进行静力分析计算，其次以钢索代替铁链，设高塔和加劲梁，改缆顶面上承为缆底面下承，提高了载重量和稳定性，可供汽车等车辆通行。我国近代第一座公路悬索桥是湖南能滩桥。 现代悬索桥：自1949 年至今，我国建成悬索桥约为50 座，跨径也大幅度地提高。 20 世纪50 年代所建的悬索桥，基本上为通行汽一10 级单车道桥，有加劲式和柔式两种形式。20 世纪60 年代我国悬索桥修建较多，不少桥跨径超过150m ，最大的为186m 。20 世纪90 年代以前，我国相继建成60 多座悬索桥，但跨径小、桥面窄、荷载标准低。直至1997 年建成通车的香港青马大桥（主跨达到1377m）才使我国悬索桥

大跨屋盖结构

第3章大跨屋盖结构 3.1结构形式 大跨钢结构按几何形状、组成方法、结构材科及受力特点的不同可分为平面结构体系和空间结构体系两大类。属于平而结构体系的有：梁式结构（平而桁架、空间桁架），平面刚架和拱式结构。属于空间结构体系的有：平板网架结构，网壳结构，大部分悬索结构，斜拉结构，张拉整体纠构等。 平板网架是由杆件按一定规律组成的结构，大多数为高次超静意结构。网架具有多向传力的性能，空间刚度大，整体性好，具有良好的抗震性能，既适用于大跨度建筑，也适用于中小跨度的房屋，能覆盖各种形状的平面。 网壳是由杆件按一定规律组成的曲面结构．分单层及双层两大类。网壳可设计成各种曲面，能充分满足建筑外形及功能方面的要求。网壳结构主要承受压力，稳定问题比较突出。跨度较大时，不能充分利用材料的强度。杆件和节点的几何偏差，曲面偏离等初始缺陷对网壳内力和整体稳定影响较大。 悬索结构为一系列高强度钢索按一定规律组成的一种张力结构。不同的支承结构形式和钢索布置可适用各种平面形状和建筑造型的要求。钢索承受拉力，能充分利用钢材强度，因而悬索结构自重轻，可以较经济地跨越很大跨度。悬索屋盖为柔性结构体系，设计时应注意采取有效措施保证屋盖结构在风，地震作用下有足够的刚度和稳定性。 3.2网架的形式 网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。双层网架是出上弦、下弦和腹杆组成的空间结构(图3-1)，是最常用的网架形式。三层网架是由上弦、中弦、下弦、上腹杆和下腹杆组成的空间结构(图3-2)，其特点是增加网架高度，减小弦杆内力，减小网格尺寸和腹杆长度。当网架跨度较大时，三层网架用钢量比双层网架用钢量省。但由于节点和杆件数量增多，尤其是中层节点所连杆件较多，使构造复杂，造价有所提高。 3.2.1 网架结构的几何不变性分析 网架为一空间铰接杆系结构，杆件布置必须保证不出现结构几何可变性。 网架结构几何不变的必要条件是： m W J =r - 3≤ - 式中J——网架的节点数； m——网架的杆件数； r——支座约束链杆数，r≥6。 当0 W>网架为几何可变体系； W=网架无多余杆件，如杆件布置合理，为静定结构； W<网架有多余杆件，如杆件布置合理，为超静定结构。 网架结构几何不变的充分条件一般可通过对结构的总刚度矩阵进行检查来判断。满足下来条件之一者，该网架结构为几何可变体系： (1)引入边界条件后，总刚度矩阵[]K中对角线上出现零元素，则与之对应的节点为几何可变； (2)引入边界条件后，总刚度矩阵0 K=，该矩阵奇异，结构为几何可变。 3.2.2 双层网架的常用形式

悬索桥迈达斯操作经验

在学**阶段的各种设计练**及实际工作中，可能会经常遇到悬索桥的设计计算。本文结合笔者自身体验，叙述Midas/Civil计算悬索桥的基本步骤及使用中的心得技巧和注意事项。注：本文以Midas/Civil 2012为参照版本。 Midas/Civil计算悬索桥中的关键问题在于初始成桥线性的确定，这是由于悬索桥为大变形二阶柔性结构决定的。其分析过程及每步中的要点如下： 1.建立新文件，为了便于区分和查找，建议命名时加入文件创建日期及文件主要特征等信息； 2.按照初步设计，定义主缆、桥塔、横梁、加劲梁、横隔板等部件的材料及截面特性值； 3.在结构-悬索桥按钮点出“悬索桥建模助手”，在其中输入相关信息，利用建模助手功能生 成初步模型以便后续修改。在此需指出，利用悬索桥建模助手可以确定索单元大致的初始内力，利于后面的精细分析。实际上也完全可以自行建立悬索桥的全部梁、索单元，再进行非线性分析控制和迭代，但该步骤比较繁琐，因此一般推荐采用悬索桥建模助手生成初步模型； 在建模助手中有几个要点和技巧： 1）建模助手采用的默认对象是双塔三跨悬索桥。当建立的模型为双塔单跨悬索桥时，可以在边跨长度框内输入一个很小的数值（如1e-6），一般在Midas/Civil中，距离小于1e-5的节点将被合并，从而达到实际只建立了中跨的效果； 2）桥面系宽度，在桥塔竖直、索面竖直时指的是桥塔间距，也即主缆间距、吊杆吊点间距，在索面倾斜或桥塔倾斜时，一般理解为吊杆在加劲梁上的吊点间距更加方便； 3）桥面系单位重量，此处输入的单位重量必须等于加劲梁的自重加上二期恒载等以梁单元均布荷载形式施加给加劲梁单元的梁单元荷载的和，否则后面难以计算收敛。另外，当建立的模型为双塔单跨悬索桥时，应勾选此处“详细”对话框，并在对话框中分别设置边、中跨桥面系荷载集度，为了便于收敛，可以将实际不存在的边跨设置一个非常小的集度，如1e-6； 4）其余各项按照对话框要求及初步设计填写即可，点击“实际形状”，会给出初步计算的主缆横向内力，该值应该记下，以便在后面悬索桥分析控制中使用； 5）填写完成后建议命名并保存该wzd文件，以便后面再修改或重复利用。 4.建模助手填写完毕后，点击“确定”，即开始进行第一轮悬索桥生成时的初步非线性分析 计算，根据悬索桥复杂程度不等，通常该过程会持续数秒到数十秒，此时宜耐心等待。该过程运行结束后，程序会自动生成几何刚度初始荷载，并自动生成“自重”荷载工况； 5.悬索桥建模助手生成的是程序默认形式的地锚式竖直索面悬索桥，此时我们需根据实际桥 梁情况进行修改：比如自锚式悬索桥、空间主缆悬索桥、单塔悬索桥等，修改的内容包括节

悬索桥抗风综述

悬索桥抗风综述 摘要：本文以大跨径悬索桥的抗风为研究对象，总结阐述了抗风研究的历史过程，着重分析了桥梁抗风设计的方法：采用拉索系统提高扁平箱梁形式悬索桥颤振临界风速；通过改善桥梁断面的外形来减小气动力的空气动力学措施；在加劲梁上安装一些辅助装置来增大结构的阻尼，并减小作用在结构上的气动力，从而达到提高悬索桥气动稳定性的目的的机械措施。文中还对超长跨径悬索桥建设的可行性进行了研究。 关键词：桥梁抗风，拉索系统，空气动力学，机械措施，阻尼器 1. 塔科玛桥的倒塌 1940年华盛顿州塔科玛市的海面上刮起了风速19m/s的强风，刚竣工的全新的塔科玛悬索桥在风的吹动下，诱发了扭转振动导致了可怕的跨桥事故。 设计塔科玛桥时充分考虑了风的静力作用，还委托华盛顿大学做了模型试验，并无任何疏忽与漏洞。事故的原因并不是风的静力作用，而是随时间变化的风产生的作用力所致。 塔科玛桥的悲剧发生之后，美国采用的确保悬索桥抗风稳定性的方法主要是两种。一种是采用桁架加劲梁和开敞式的桥面使涡旋分散的方法，另一种是由自重增加刚度的方法。北美抗风对策的实质是桁架和重量。 2. 欧洲抗风方式的改进 欧洲的技术人员开始注意到了一种新的途径，例如采用扁平的翼型断面（Airfoil or Aerofoil Section）以减小风的作用力或者抑制涡旋的产生。加劲梁由桁架向翼型断面箱梁的转变使悬索桥变得更加轻，更加经济了。 箱梁的另一个优点是和桁架相比，风的抗力仅为1/3，由于塔顶主缆传来的水平反力是由桥面系70%的风力而产生的，风的抗力减少至1/3，无疑对塔的设计带来很大的影响”。 采用这种方式的赛文桥由于忽视了悬索桥的重量而造的太轻了，在风作用和车辆行驶作用下，成为极敏感的结构。风洞试验的结果，虽然没有出现塔科玛桥那样的破坏振动，但却总是常常出现发出嘎啦嘎啦响声的振动。 3. 20世纪末的悬索桥 20世纪才真正是长大悬索桥的发展时期，日本架设了跨度近2 000m的世界