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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