嘉绍大桥分体式钢箱梁涡激振动特性风洞试验研究

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1、第十四届全国结构风工程学术会议论文集嘉绍大桥分体式钢箱梁涡激振动特性风洞试验研究廖海黎王骑李明水(西南交通大学风工程试验研究中心，四川成都，610031)摘要杭州湾嘉绍大桥为六塔七跨的分体式钢箱梁斜拉桥，本文简要介绍了有关该桥分体式主梁涡激振动特性及相应制振措施的风洞试验研究工作．在开展1：60常规节段模型试验研究，把握大桥主梁涡振特性研究的基础上，叉针对主梁的气动敏感区域开展了涡振制振措施的研究工作，并提出了一种新的抑制涡振的导流板形式．最后，通过1：20大尺度节段风洞试验更详细的把握了该桥的涡振特性，并验证了新型导流板的制振效果．关键词嘉绍大桥、涡激振动、风洞试验、制

2、振措施1．引言当气流绕过物体时会在物体两侧及尾流中产生周期性脱落的漩涡，这种周期性的漩涡会激励物体使其发生类似简谐振动的周期性限幅振动，称为涡激振动。涡振通常发生在较低的风速下，其振动形式通常为蛏向涡振和扭转涡振两种形态。在常风速下过大的涡振振幅也会引起桥上行人的不舒适感，并危及施工机具，施工人员以及行人和车辆的安全，甚至会对桥梁造成一定程度的损害，降低桥梁的使用寿命。因此在桥梁的抗风设计中需要准确预估主梁涡激振动的振幅及发生风速，并将涡激振动振幅限制在容许范围内，有效避免大幅度的主梁涡激振动。杭州湾嘉绍大桥为六塔七跨的分体式钢箱梁斜拉桥，其主梁总宽度达到了55．6m(如

3、图1所示)。对于该主梁断面涡振性能，目前只有昂船洲大桥【l】和西堠门大桥【2J的试验结果可供借鉴，考虑到该桥的栏杆和检查车轨道的位置也和一般桥梁不同(如图1和图2所示)，因此有必要对该桥的涡激振动特性开展详细的风洞试验研究，对于涡振振幅较大的情况还应提出有效的制振措施。本文通过1：60节段模型风洞试验，在对主梁的涡激振动特性作出初步评价的基础上，针对分体式钢箱梁的气动敏感区域开展了涡振制振措施的试验研究工作，并给出了一种新型的制振导流板。由于l：60节段模型风洞试验的雷诺数较小，且主梁的细节模拟得不够精细，可能导致试验结果(振幅及发生风速)与实桥情况存在较大差异，使得减振

4、措施效率减弱或无效，因此本文最后采用了1：20大尺度主梁节段模型进行了验证性的风洞试验，试验结果表明，新型的导流板确能起到有效降低涡振振幅的目的。．＼0／留＼／图l主梁标准断面及检查车轨道示意图580第十四届全国结构风工程学术会议论文集f·1、：：，图2主梁风障及防撞栏杆示意图2．主梁小尺度节段模型涡振试验试验在西南交通大学Ⅺ寸JD一1工业风洞第二试验段中进行，涡激振动试验所用的节段模型与颤振试验的模型相同，由8根拉伸弹簧悬挂在支架上。因涡振通常发振风速较低，为降低模型风速比，采用较为刚性弹簧以提高模型的振动频率。鉴于涡振振幅与结构质量阻尼参数(即通常所说的Scruton

5、数)大致成反比关系，为得到更为明显的振动现象，试验中采用较小的阻尼比(0．35删．5％)，最终振幅根据Scruton数等效的原则进行换算(阻尼比均为0．5％水平)。试验结果表明，对于成桥状态和施工状态，主梁断面均有扭转涡激振动现象，但扭转角幅度均较小(小于0．1。)，发振风速较高(接近30m／s)，鉴于此时桥梁的抖振占据主导地位，因此涡振和抖振相比已不显著。对于成桥状态，．30和Oo攻角下出现了较大的竖向涡激振动，振幅分别达到194mm和173mm，已超出规范要求的145mm的容许值；对应的+30的振幅也达到了127mm，接近规范容许值；主梁在施工状态的涡振振幅除+30攻

6、角外，其余两个攻角均略超出规范要求值。表1给出了各工况下最大涡振响应的振幅、实桥风速和斯脱罗哈数，不同工况下的竖向振幅随风速的变化关系如图3和图4所示。20'5^矗。t0馨疆恒5捌O表1最大涡振振幅以及对应的实桥风速和斯脱罗哈数(单位：m／s，cm)状态及攻角、实桥风速实桥振幅斯脱罗哈数n=109．3819．441．64成桥状态n=n010．6517．321．44n=+3010．6512．671．44fl=一qo5．2214．722．94最大双悬臂状态胆Oo6．0516．562．54n=+106．0512．382．544ea101214风速(-／_)图3成桥状态竖向涡激振

7、动响应211815^矗惶、一馨9骧蚕e3O24681012风速(．／s)图4最大双悬臂状态竖向涡激振动响应581第十四届全国结构风工程学术会议论文集3．成桥状态主梁涡振制振措施研究由于处于施工状态的桥梁在遭遇涡激振动时可以采用一些临时性的制振措施，如减小中央开槽的透风率，安装临时抗风缆索等措施，因此对于施工状态主梁可以不用考虑安装永久性的制振措施。由于桥梁在投入运营后的成桥状态已不能再通过临时措施进行制振，并鉴于此时的涡振振幅已显著超越规范要求值，因此必须寻求一个长久性的制振措施加以解决。鉴于分体式钢箱梁梁底存在两个气动敏感位