理论教育 西部山区大跨度悬索桥风致振动:颤振临界风速及稳定性分析

西部山区大跨度悬索桥风致振动:颤振临界风速及稳定性分析

时间:2023-10-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据《公路桥梁抗风设计规范》第6.3.4 条规定,可按照表5.19所列等级来检验桥梁的颤振稳定性。同理,由前述风洞试验的结果可知,施工状态不同风攻角时的颤振临界风速均远高于其相应的颤振检验风速,故颤振稳定性满足要求。表5.20颤振临界风速计算结果对比综上所述,将得到的估算结果与成桥状态的颤振检验风速61.92 m/s 进行比较,可知它们均大于颤振检验风速,进一步说明颤振稳定性都满足要求。

西部山区大跨度悬索桥风致振动:颤振临界风速及稳定性分析

根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360⁃01—2018)第6.3.8 条规定,颤振检验风速根据下式进行计算:

式中 Vd——设计基准风速,m/s;

μf——考虑风的脉动特性以及空间相关特性影响的修正系数,可按《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360⁃01—2018)中表6.3.8 选用。

根据式(5.64)计算成桥状态的颤振检验风速:

根据式(5.64)计算施工阶段的颤振检验风速:

根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360⁃01—2018)第6.3.1 条规定,可根据下式计算颤振稳定性指数If

式中 If——颤振稳定性指数;

ft——扭转基频,Hz;

B——桥面全宽,m。

根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360⁃01—2018)第6.3.4 条规定,可按照表5.19所列等级来检验桥梁的颤振稳定性。

表5.19 规范推荐的桥梁颤振稳定性检验方法

续表

1)成桥状态颤振稳定性分析

颤振稳定性指数计算:

由于2.5≤If<4.0,根据表5.19 可知,需要采用节段模型风洞试验来对桥梁的颤振稳定性进行检验。

根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360⁃01—2018)第6.3.6 条和第6.3.7 条规定,节段模型风洞试验应考察在风攻角-3°≤α≤+3°范围内桥梁的颤振临界风速,若满足下式规定,则颤振稳定性满足要求:

式中 Vcr——颤振临界风速,m/s;

[Vcr]——颤振检验风速,m/s。

由前述风洞试验的结果可知,成桥状态不同风攻角(-5°,-3°,0°,+3°,+5°)时的颤振临界风速均远高于其相应的颤振检验风速,故颤振稳定性满足要求。

2)典型施工状态颤振稳定性分析

以100%主梁拼装状态为例,颤振稳定性指数计算:

由于2.5≤If<4.0,根据表5.19 可知,需要采用节段模型风洞试验来对桥梁的颤振稳定性进行检验。

同理,由前述风洞试验的结果可知,施工状态不同风攻角(-5°,-3°,0°,+3°,+5°)时的颤振临界风速均远高于其相应的颤振检验风速,故颤振稳定性满足要求。

3)颤振临界风速计算

在进行颤振分析时,先按平板颤振理论的公式计算出平板断面的基本颤振临界风速Vco,然后通过实际断面的节段模型风洞试验直接测出二维颤振临界风速Vc,两者之间的比值即为断面形状的修正系数ηs。 如果要考虑±3°攻角对颤振的不利影响,也可通过风洞试验直接测定攻角效应的折减系数ηα,最后写出颤振临界风速的表达式为:

式中 Vcr——颤振临界风速,m/s;(www.daowen.com)

Vco——平板颤振临界风速,m/s,可采用下述3 种方法计算。

(1)Van Der Por 公式计算颤振临界风速

参照Theoderson 理想平板气动力的表达式,由Kloppel 和Thiele 算出了无量纲参数的诺谟图,再由Van Der Por 将诺谟图中的曲线拟合为近似的直线形式,表达式为:

由前述内容可知,扭转基频ft =0.391 4 Hz,弯曲基频fb =0.173 3 Hz,桥宽B =42 m,主梁单位长度质量m=27 600 kg/m,单位长度质量惯性矩Im =5 167 700 kg·m2/m,空气密度ρ=1.25 kg/m3

无攻角时的颤振临界风速为:

有攻角时的颤振临界风速为:

(2)Selberg 公式计算颤振临界风速

参照Theoderson 理想平板气动力的表达式,由Bleich 悬索桥颤振分析方法作为基础,Selberg 解得悬索桥颤振临界风速的近似公式为:

由前述内容可知,扭转基频ft =0.391 4 Hz,弯曲基频fb =0.173 3 Hz,桥宽B =42 m,主梁单位长度质量m=27 600 kg/m,单位长度质量惯性矩Im =5 167 700 kg·m2/m,空气密度ρ=1.25 kg/m3

无攻角时的颤振临界风速为:

有攻角时的颤振临界风速为:

(3)同济大学防灾实验室公式计算颤振临界风速

同济大学土木工程防灾实验室将Kloppel 的诺谟图近似拟合为通过坐标原点的直线,同时适当地对拟合直线的斜率作出调整,从而可以消去对结构影响比较小的参数扭弯频率比ε,最后得到的计算公式如下:

由前述内容可知,扭转基频ft =0.391 4 Hz,弯曲基频fb =0.173 3 Hz,桥宽B =42 m,主梁单位长度质量m=27 600 kg/m,单位长度质量惯性矩Im =5 167 700 kg·m2/m,空气密度ρ=1.25 kg/m3

无攻角时的颤振临界风速为:

有攻角时的颤振临界风速为:

将前述各种方法得到的颤振临界风速计算结果进行对比,对比结果见表5.20。

表5.20 颤振临界风速计算结果对比

综上所述,将得到的估算结果与成桥状态的颤振检验风速61.92 m/s 进行比较,可知它们均大于颤振检验风速,进一步说明颤振稳定性都满足要求。

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