桥面横向连接对双幅桥梁抗风性能的影响
发布时间：2021-02-02 14:37
以泉州海湾桥两种结构形式双幅桥面主梁方案为背景,通过数值计算研究了两种双幅桥面结构的结构动力特性;通过风洞试验研究了桥梁颤振稳定性和涡激共振性能。研究结果表明,是否存在桥面横向连接对双幅桥的结构固有动力特性影响较大,无横向连接双幅桥面较有横向连接双幅桥面的模态特征更复杂,其竖弯和扭转基频均会出现双幅桥面同向运动和反向运动两种模态;在气流作用下,无横向连接双幅桥面和有横向连接双幅桥面的主梁运动形式不同,两种结构形式双幅桥面的颤振稳定性能和涡激共振性能存在显著差异,双幅有横向连接主梁的气动稳定性优于双幅无横向连接主梁,但前者的涡激共振性能要差于后者。
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(16)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
泉州海湾桥总体布置
通过比较表1和图2可知,双幅桥面间的横向连接使得整个桥梁结构的动力特性呈现出较大差异。以成桥运营状态为例:由于连接横梁的存在,有横向连接两幅桥面间不存在刚体位移,表现出与常规单幅桥面桥梁相似的模态特征,即结构仅存在单纯的一阶竖向弯曲振型和一阶扭转振型。由于采用门式桥塔,结构抗扭刚度相对较低,加上有横向连接双幅桥面主梁的质量多分布于两侧,主梁质量惯性矩大,结构扭转频率低,仅有0.509 Hz,结构扭弯频率比为1.489。对于无横向连接双幅桥面,两幅桥面间除与主塔相连的拉索间接联系外,再无其他相对约束,因此,两幅桥面间很容易产生刚体位移。该位移反映在模态特征上,就是两幅桥面将会出现同向运动和反向运动模态,同向和反向竖弯频率分别为0.335 Hz和0.437 Hz,扭转频率分别为0.867 Hz和0.950 Hz。实际上,从两幅主梁的相对位置关系来看,无横向连接方案的反向竖弯模态与有横向连接方案的一阶扭转模态相似,但因为没有横向连接,前者的反向竖弯基频较后者的一阶扭转频率有一定程度的降低。对于扭转模态,两幅主梁同向运动模态首先出现,并且扭转振型与主梁竖向弯曲振型有明显的耦合,从图2(c)右侧主梁的反向扭转振型中可知,主梁除具有扭转位移外,其主跨在顺桥向还呈现类似于两个正弦波的竖弯波形。对于施工最长单悬臂状态,主梁间的横向连接对结构动力特性的影响表现相似。综上所述,桥面间有横向连接的双幅桥梁与桥面间无横向连接的双幅桥梁在结构动力特性上有着明显的差异。双幅桥面间有横向连接结构的模态与一般单幅桥梁相似。而双幅桥面间无横向连接结构,一阶竖弯和扭转将会出现同向运动和反向运动两种模态。
所有试验均在同济大学TJ-2大气边界层风洞中进行。该风洞试验段尺寸为3.0 m宽×2.5 m高×15 m长,试验风速0.5～68 m/s连续可调,流场不均匀指标低于1.0%,紊流度低于1.0%。试验中,双幅有横向连接主梁节段模型由8根弹簧悬挂在内置式支架上,而双幅横向无连接主梁节段模型的每个主梁各由8根弹簧悬挂在内置式支架上,如图3所示。两个模型的缩尺比根据主梁断面尺寸和风洞试验段尺寸确定,取1/70,颤振试验节段模型频率比取8.14,风速比约为1/8.6;涡激共振实验节段模型频率比取19.44,风速比约为1/3.6。刚体节段模型的骨架由铝合金材料焊接而成,铝合金骨架长1.700 m,桥面用三夹板和高密度泡沫塑料板模拟实际桥梁断面的几何外形,利用有机玻璃板模拟成桥运营状态时桥面栏杆及梁底检修车轨道等附属结构。根据节段模型风洞试验的相似性原则,除保持风洞试验模型与实桥之间的几何外形相似外,弹性参数,惯性参数以及阻尼参数还应满足一致性条件。在进行节段模型质量系统模拟时,考虑全桥振动效应和振动空间特性的主梁等效质量和等效质量惯矩见表1。其中,对成桥运营状态与施工状态的模拟通过改变桥面检修栏杆、防撞护栏的设置,并调整相应的等效质量和等效质量惯矩来实现。
【参考文献】：
期刊论文
[1]小间距比下串列双圆柱涡激振动数值模拟研究:振动响应和流体力[J]. 陈威霖,及春宁,许栋. 振动与冲击. 2018(23)
[2]分离双钢箱梁涡激振动气动干扰试验研究[J]. 刘小兵,陈帅,杨群,张海东,刘庆宽. 振动与冲击. 2017(18)
[3]低雷诺数下串联双圆柱涡激振动机理的数值研究[J]. 郭晓玲,唐国强,刘名名,吕林,滕斌. 振动与冲击. 2014(04)
[4]既有桥梁对邻近新建桥梁三分力系数的气动干扰效应[J]. 郭震山,孟晓亮,周奇,朱乐东. 工程力学. 2010(09)
[5]箱形双幅桥气动干扰效应对颤振和涡振的影响[J]. 朱乐东,周奇,郭震山,孟晓亮. 同济大学学报(自然科学版). 2010(05)
[6]并列双箱梁桥面风致涡激振动试验研究[J]. 陈政清,牛华伟,李春光. 湖南大学学报(自然科学版). 2007(09)
[7]平行双箱梁桥面颤振稳定性试验研究[J]. 陈政清,牛华伟,刘志文. 振动与冲击. 2006(06)
[8]大跨度桥梁中央开槽颤振控制效果和机理研究[J]. 杨詠昕,葛耀君,项海帆. 土木工程学报. 2006(07)
本文编号：3014859
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(16)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
泉州海湾桥总体布置
通过比较表1和图2可知,双幅桥面间的横向连接使得整个桥梁结构的动力特性呈现出较大差异。以成桥运营状态为例:由于连接横梁的存在,有横向连接两幅桥面间不存在刚体位移,表现出与常规单幅桥面桥梁相似的模态特征,即结构仅存在单纯的一阶竖向弯曲振型和一阶扭转振型。由于采用门式桥塔,结构抗扭刚度相对较低,加上有横向连接双幅桥面主梁的质量多分布于两侧,主梁质量惯性矩大,结构扭转频率低,仅有0.509 Hz,结构扭弯频率比为1.489。对于无横向连接双幅桥面,两幅桥面间除与主塔相连的拉索间接联系外,再无其他相对约束,因此,两幅桥面间很容易产生刚体位移。该位移反映在模态特征上,就是两幅桥面将会出现同向运动和反向运动模态,同向和反向竖弯频率分别为0.335 Hz和0.437 Hz,扭转频率分别为0.867 Hz和0.950 Hz。实际上,从两幅主梁的相对位置关系来看,无横向连接方案的反向竖弯模态与有横向连接方案的一阶扭转模态相似,但因为没有横向连接,前者的反向竖弯基频较后者的一阶扭转频率有一定程度的降低。对于扭转模态,两幅主梁同向运动模态首先出现,并且扭转振型与主梁竖向弯曲振型有明显的耦合,从图2(c)右侧主梁的反向扭转振型中可知,主梁除具有扭转位移外,其主跨在顺桥向还呈现类似于两个正弦波的竖弯波形。对于施工最长单悬臂状态,主梁间的横向连接对结构动力特性的影响表现相似。综上所述,桥面间有横向连接的双幅桥梁与桥面间无横向连接的双幅桥梁在结构动力特性上有着明显的差异。双幅桥面间有横向连接结构的模态与一般单幅桥梁相似。而双幅桥面间无横向连接结构,一阶竖弯和扭转将会出现同向运动和反向运动两种模态。
所有试验均在同济大学TJ-2大气边界层风洞中进行。该风洞试验段尺寸为3.0 m宽×2.5 m高×15 m长,试验风速0.5～68 m/s连续可调,流场不均匀指标低于1.0%,紊流度低于1.0%。试验中,双幅有横向连接主梁节段模型由8根弹簧悬挂在内置式支架上,而双幅横向无连接主梁节段模型的每个主梁各由8根弹簧悬挂在内置式支架上,如图3所示。两个模型的缩尺比根据主梁断面尺寸和风洞试验段尺寸确定,取1/70,颤振试验节段模型频率比取8.14,风速比约为1/8.6;涡激共振实验节段模型频率比取19.44,风速比约为1/3.6。刚体节段模型的骨架由铝合金材料焊接而成,铝合金骨架长1.700 m,桥面用三夹板和高密度泡沫塑料板模拟实际桥梁断面的几何外形,利用有机玻璃板模拟成桥运营状态时桥面栏杆及梁底检修车轨道等附属结构。根据节段模型风洞试验的相似性原则,除保持风洞试验模型与实桥之间的几何外形相似外,弹性参数,惯性参数以及阻尼参数还应满足一致性条件。在进行节段模型质量系统模拟时,考虑全桥振动效应和振动空间特性的主梁等效质量和等效质量惯矩见表1。其中,对成桥运营状态与施工状态的模拟通过改变桥面检修栏杆、防撞护栏的设置,并调整相应的等效质量和等效质量惯矩来实现。
【参考文献】：
期刊论文
[1]小间距比下串列双圆柱涡激振动数值模拟研究:振动响应和流体力[J]. 陈威霖,及春宁,许栋. 振动与冲击. 2018(23)
[2]分离双钢箱梁涡激振动气动干扰试验研究[J]. 刘小兵,陈帅,杨群,张海东,刘庆宽. 振动与冲击. 2017(18)
[3]低雷诺数下串联双圆柱涡激振动机理的数值研究[J]. 郭晓玲,唐国强,刘名名,吕林,滕斌. 振动与冲击. 2014(04)
[4]既有桥梁对邻近新建桥梁三分力系数的气动干扰效应[J]. 郭震山,孟晓亮,周奇,朱乐东. 工程力学. 2010(09)
[5]箱形双幅桥气动干扰效应对颤振和涡振的影响[J]. 朱乐东,周奇,郭震山,孟晓亮. 同济大学学报(自然科学版). 2010(05)
[6]并列双箱梁桥面风致涡激振动试验研究[J]. 陈政清,牛华伟,李春光. 湖南大学学报(自然科学版). 2007(09)
[7]平行双箱梁桥面颤振稳定性试验研究[J]. 陈政清,牛华伟,刘志文. 振动与冲击. 2006(06)
[8]大跨度桥梁中央开槽颤振控制效果和机理研究[J]. 杨詠昕,葛耀君,项海帆. 土木工程学报. 2006(07)
本文编号：3014859
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