以泉州海灣橋兩種結(jié)構(gòu)形式雙幅橋面主梁方案為背景,通過數(shù)值計算研究了兩種雙幅橋面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)動力特性;通過風洞試驗研究了橋梁顫振穩(wěn)定性和渦激共振性能。研究結(jié)果表明,是否存在橋面橫向連接對雙幅橋的結(jié)構(gòu)固有動力特性影響較大,無橫向連接雙幅橋面較有橫向連接雙幅橋面的模態(tài)特征更復雜,其豎彎和扭轉(zhuǎn)基頻均會出現(xiàn)雙幅橋面同向運動和反向運動兩種模態(tài);在氣流作用下,無橫向連接雙幅橋面和有橫向連接雙幅橋面的主梁運動形式不同,兩種結(jié)構(gòu)形式雙幅橋面的顫振穩(wěn)定性能和渦激共振性能存在顯著差異,雙幅有橫向連接主梁的氣動穩(wěn)定性優(yōu)于雙幅無橫向連接主梁,但前者的渦激共振性能要差于后者。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2020,39(16)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

泉州海灣橋總體布置

通過比較表1和圖2可知,雙幅橋面間的橫向連接使得整個橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性呈現(xiàn)出較大差異。以成橋運營狀態(tài)為例:由于連接橫梁的存在,有橫向連接兩幅橋面間不存在剛體位移,表現(xiàn)出與常規(guī)單幅橋面橋梁相似的模態(tài)特征,即結(jié)構(gòu)僅存在單純的一階豎向彎曲振型和一階扭轉(zhuǎn)振型。由于采用門式橋塔,結(jié)構(gòu)抗扭剛度相對較低,加上有橫向連接雙幅橋面主梁的質(zhì)量多分布于兩側(cè),主梁質(zhì)量慣性矩大,結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)頻率低,僅有0.509 Hz,結(jié)構(gòu)扭彎頻率比為1.489。對于無橫向連接雙幅橋面,兩幅橋面間除與主塔相連的拉索間接聯(lián)系外,再無其他相對約束,因此,兩幅橋面間很容易產(chǎn)生剛體位移。該位移反映在模態(tài)特征上,就是兩幅橋面將會出現(xiàn)同向運動和反向運動模態(tài),同向和反向豎彎頻率分別為0.335 Hz和0.437 Hz,扭轉(zhuǎn)頻率分別為0.867 Hz和0.950 Hz。實際上,從兩幅主梁的相對位置關(guān)系來看,無橫向連接方案的反向豎彎模態(tài)與有橫向連接方案的一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)相似,但因為沒有橫向連接,前者的反向豎彎基頻較后者的一階扭轉(zhuǎn)頻率有一定程度的降低。對于扭轉(zhuǎn)模態(tài),兩幅主梁同向運動模態(tài)首先出現(xiàn),并且扭轉(zhuǎn)振型與主梁豎向彎曲振型有明顯的耦合,從圖2(c)右側(cè)主梁的反向扭轉(zhuǎn)振型中可知,主梁除具有扭轉(zhuǎn)位移外,其主跨在順橋向還呈現(xiàn)類似于兩個正弦波的豎彎波形。對于施工最長單懸臂狀態(tài),主梁間的橫向連接對結(jié)構(gòu)動力特性的影響表現(xiàn)相似。綜上所述,橋面間有橫向連接的雙幅橋梁與橋面間無橫向連接的雙幅橋梁在結(jié)構(gòu)動力特性上有著明顯的差異。雙幅橋面間有橫向連接結(jié)構(gòu)的模態(tài)與一般單幅橋梁相似。而雙幅橋面間無橫向連接結(jié)構(gòu),一階豎彎和扭轉(zhuǎn)將會出現(xiàn)同向運動和反向運動兩種模態(tài)。

所有試驗均在同濟大學TJ-2大氣邊界層風洞中進行。該風洞試驗段尺寸為3.0 m寬×2.5 m高×15 m長,試驗風速0.5～68 m/s連續(xù)可調(diào),流場不均勻指標低于1.0%,紊流度低于1.0%。試驗中,雙幅有橫向連接主梁節(jié)段模型由8根彈簧懸掛在內(nèi)置式支架上,而雙幅橫向無連接主梁節(jié)段模型的每個主梁各由8根彈簧懸掛在內(nèi)置式支架上,如圖3所示。兩個模型的縮尺比根據(jù)主梁斷面尺寸和風洞試驗段尺寸確定,取1/70,顫振試驗節(jié)段模型頻率比取8.14,風速比約為1/8.6;渦激共振實驗節(jié)段模型頻率比取19.44,風速比約為1/3.6。剛體節(jié)段模型的骨架由鋁合金材料焊接而成,鋁合金骨架長1.700 m,橋面用三夾板和高密度泡沫塑料板模擬實際橋梁斷面的幾何外形,利用有機玻璃板模擬成橋運營狀態(tài)時橋面欄桿及梁底檢修車軌道等附屬結(jié)構(gòu)。根據(jù)節(jié)段模型風洞試驗的相似性原則,除保持風洞試驗?zāi)Ｐ团c實橋之間的幾何外形相似外,彈性參數(shù),慣性參數(shù)以及阻尼參數(shù)還應(yīng)滿足一致性條件。在進行節(jié)段模型質(zhì)量系統(tǒng)模擬時,考慮全橋振動效應(yīng)和振動空間特性的主梁等效質(zhì)量和等效質(zhì)量慣矩見表1。其中,對成橋運營狀態(tài)與施工狀態(tài)的模擬通過改變橋面檢修欄桿、防撞護欄的設(shè)置,并調(diào)整相應(yīng)的等效質(zhì)量和等效質(zhì)量慣矩來實現(xiàn)。

【參考文獻】：
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