DB34-T 3705-2020斜拉橋鋼絞線拉索減振設計指南-高清現(xiàn)行

ICS77.140.6534CCSH4934安 徽 省 地 方 標 準DB34/T3705—2020斜拉橋鋼絞線拉索減振設計指南Vibrationreductiondesignguideforstrandstaycableofcable-stayedbridge2020-11-272020-11-272020-12-27安徽省市場監(jiān)督管理局發(fā)布DB34/T3705DB34/T3705—2020前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由安徽省交通控股集團有限公司提出。本文件由安徽省交通運輸廳歸口。限公司、橋梁結構健康與安全國家重點實驗室。IIDB34/T3705DB34/T3705—2020DB34/T3705—2020DB34/T3705—20203.7參數(shù)共振parameteroscillation當鋼絞線拉索索端沿索弦長方向的振動激勵頻率接近拉索固有頻率的2倍時，引起的一種鋼絞線拉索橫向振動放大現(xiàn)象。3.8內(nèi)置阻尼器Interiordamper設置于拉索端部鋼套筒內(nèi)的彈性支承體，為一種控制拉索振動的裝置。3.9外置阻尼器Externaldamper設置于鋼絞線拉索索導管外部支架上的阻尼器，為拉索提供附加阻尼。斜拉橋鋼絞線拉索減振設計指南范圍技術要求。本文件適用于斜拉橋鋼絞線拉索減振設計，其他拉索結構可參照執(zhí)行。規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。GB/T30826 斜拉橋鋼絞線拉索技術條件JT/T1038斜拉索外置式黏滯阻尼器JTG/T3360-01公路橋梁抗風設計規(guī)范JTG/T3365-01公路斜拉橋設計規(guī)范3術語和定義3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1鋼絞線拉索strandstaycable3.2馳振galloping3.3尾流馳振wakegalloping一定距離內(nèi)的并列鋼絞線拉索在風的上游拉索尾流誘發(fā)下，風的下游拉索產(chǎn)生的一種馳振現(xiàn)象。3.4渦激共振vortexresonance激發(fā)出的鋼絞線拉索的一種共振現(xiàn)象。3.5風雨激振rain-windinducedvibration拉索在風和雨共同作用下發(fā)生的一種馳振現(xiàn)象。3.6線性內(nèi)部共振linearlyinternalresonanceoscillation橋面或橋塔在垂直于拉索弦長方向的小幅振動引起的一種鋼絞線拉索橫向振動放大現(xiàn)象。14.1.34.1.32表2各類鋼絞線拉索的抗風性能目標等級W1風作用、W2風作用分別為JTG/T3360-01中規(guī)定的重現(xiàn)期10年和重現(xiàn)期100年的風作用。振幅l/1700。32l不同劃分為中短索（l250m）、中長索（250m≤l450m）及超長索（l≥450m）。1表1鋼絞線拉索抗風性能目標等級及要求等級損傷特點生命安全性能結構使用性能可修復性能Ⅰ結構功能完好拉索振幅小，不發(fā)生疲勞破壞風致振動下功能完好不必修復Ⅱ發(fā)生可修復損傷拉索振幅可控，不發(fā)生疲勞破壞風致振動產(chǎn)生損傷，但可快速修復可修復Ⅲ發(fā)生難以修復損傷拉索不發(fā)生過大振幅，拉索不發(fā)生斷裂風致振動產(chǎn)生功能破壞，無法正常使用需更換性能等級拉索類別中短索中長索超長索作用類別W1風作用ⅠⅠⅠW2風作用ⅢⅡⅡ表3各類鋼絞線拉索的振幅限值振幅限值拉索類別中短索中長索超長索性能等級Ⅰl/1700l/(6.5l+75)l/3000Ⅱl/1000l/(2l+500)l/1800Ⅲl/700//振動計算風速計算JTG/T3360-01確定設計基準風速時，鋼絞線拉索的基準高度可取斜拉索的平均高度距水面或地面的距離。頻率估算為索平面內(nèi)對稱振動和索平面內(nèi)反對稱振動兩種形式。n F2l mfopn F2l mfop

·······································································(1)FFm式中：式中：fop——鋼絞線拉索的第n階面外模態(tài)頻率（Hz）；n——振型階數(shù)，可取1、2、l——鋼絞線拉索的計算長度（m）；F（N；m——鋼絞線拉索及套管的單位長度總質量（kg/m。5.2.3fip可按式（2）～式（4）計算：fip2lπ········································································(2)=0.00539.42390.001720.12543.1444n1n3···········································(3)nπn5EAmglcos /F (4)23c式中：fip；n——振型階數(shù)，可取1、3、5、7、9...；3DB34/T3705DB34/T3705—2020DB34/T3705DB34/T3705—2020η——與振動階數(shù)有關的系數(shù)，按式（3）λ——與拉索狀態(tài)有關的系數(shù)，按式（4）A（m2；αc（°；l（m；F（N；m——鋼絞線拉索及套管的單位長度總質量（kg/m。n F2l m5.2.4fipn F2l mfip

·········································································(5)式中：fp；n——振型階數(shù)，可取2、4、6、8、10...；l（m；（N；m——鋼絞線拉索及套管的單位長度總質量（kg/m。阻尼ζs0.30％～0.40％。的疊加。馳振Cg<0，JTG/T3360-01Ucg可按式（6）計算：Ucg

CgD

·····································································(6)式中：cg——馳振穩(wěn)定性臨界風速（m/s；ωb1（rad/s，ω12f；fb1（Hz；ζs——鋼絞線拉索的阻尼比；ρ——空氣密度（kg/m3），1.25kg/m3；Cg

BCC

，一般可通過風洞試驗或虛擬風洞試驗方法g DL D獲??；斷面外形尺寸應按照套管外形尺寸取值；當?shù)湫蛿嗝娴男螤钊鐖D1所示時，可取為-1.0；B——鋼絞線拉索斷面的特征寬度（m），斷面外形尺寸應按照套管外形尺寸取值；4CD——鋼絞線拉索斷面阻力系數(shù)，斷面外形尺寸應按照套管外形尺寸取值；D——鋼絞線拉索斷面的特征高度（m），斷面外形尺寸應按照套管外形尺寸取值。t t=0.06D

索上有積冰 DD積冰 DD圖中：t——積冰厚度；D——拉索斷面特征高度。圖1受積冰影響的鋼絞線拉索典型斷面形狀尾流馳振2～20JTG/T3360-01的有關規(guī)定。UwgCwgfiDc·································································的有關規(guī)定。UwgCwgfiDc·································································(7)式中：Uwg——尾流馳振臨界風速（m/s）；Cwg——與拉索中心距有關的常數(shù)，當沿風向上下游索中心距2～6倍索直徑時取25，6～10倍索直徑時取40，10～20倍索直徑時取80，拉索直徑按照外套管尺寸取值；fi——鋼絞線拉索第i階振動頻率（Hz）；Dc——鋼絞線拉索的直徑（m），按照外套管尺寸取值。尾流馳振穩(wěn)定性檢驗應滿足式（8）的要求：UwgwgUd (8)式中：Ud——鋼絞線拉索的設計基準風速（m/s）；γwg——尾流馳振穩(wěn)定性分項系數(shù)，取為1.2。JTG/T3360-01渦激共振5HzJTG/T3360-015sD2cymax（9）ymax

SStc

(9)式中：ymax——渦激共振振幅（m）；C 0.45；CSt——Strouhal數(shù)，St=fDc/U0.2；Sc——Scruton數(shù)，Sc=mζs/(ρDc2)；f——拉索基頻；U——渦激共振風速；ζs——拉索阻尼比；Dc——拉索外套管直徑；ρ（kg/m3），1.25kg/m3。0.250.25渦激共振風洞試驗的模型應準確模擬鋼絞線拉索的氣動外形。風雨激振（11）光圓表面拉索Sc10 (10)使用有效表面處理的拉索

Sc5 (11)在鋼絞線拉索外套管表面沿軸向開設凹槽或凸起肋條；對鋼絞線拉索外套管表面進行凹坑處理；在鋼絞線拉索外套管表面沿軸向螺旋狀加設帶狀結構或間隔纏繞帶狀物。線性內(nèi)部共振與參數(shù)共振發(fā)生線性內(nèi)部共振時，拉索索端垂直弦長方向的運動引起的鋼絞線最大振動響應主要為相應2。其第一階面內(nèi)振動的最大振幅為：6y1max

yB (12)πs式中：y1max——第一階面內(nèi)振動最大振幅（m）；yB——索端垂直于拉索弦長方向相對運動的幅值（m）。

t)B

HyB(t)xAHy圖2拉索索端位移引起的線性內(nèi)部共振當索端激勵振幅較大時，可通過數(shù)值分析方法獲得鋼絞線拉索線性內(nèi)部共振響應最大振幅。2時，鋼絞線拉索發(fā)生參數(shù)共振。F

2(1)(2(1)(2221s1)2f2f

(13)(14)cxB4X01s (15)式中：ΔFmaxNF——鋼絞線拉索索力（N）；β1fb——外激勵頻率（Hz）；fc——鋼絞線拉索固有振動頻率（Hz）；xB——激勵振幅（m），激勵方向如圖2所示；X0——恒載索力下鋼絞線拉索線彈性伸長量（m），可按X0=Fl/EA計算；l——鋼絞線拉索的計算長度（m）；E（Pa）。鋼絞線拉索發(fā)生參數(shù)共振時，其第一階共振穩(wěn)態(tài)響應最大振幅可近似按式（16）計算：74 X0l4 X0lπ 3

·····································(16)1111xB22 2X42s211 01螺距螺距式中：A1max——斜拉索的第一階共振穩(wěn)態(tài)響應最大振幅（m）。減振設計一般規(guī)定GB/T30826、JTG/T3360-01鋼絞線拉索振動控制的目標應限制發(fā)散振動，應限制拉索出現(xiàn)馳振和尾流馳振。鋼絞線拉索的減振設計可采用氣動減振措施、附加阻尼裝置及附加輔助索減振措施。鋼絞線拉索的減振設計措施宜綜合考慮橋梁壽命周期內(nèi)的抗風性能、經(jīng)濟性、耐久性等要求。4.2氣動減振措施6.2.16.2.13。a）附加螺旋線b）表面凹坑圖3斜拉索表面氣動措施示例6.2.2a）螺旋線布置立面圖b）螺旋線布置橫斷面圖圖4附加螺旋線的布置示意圖利振動。因此，對特殊的氣動措施通過風洞試驗驗證是十分必要的。6.3附加阻尼裝置85。斜拉索斜拉索阻尼器支架阻尼器圖5斜拉索外置阻尼器安裝示意圖0.50％。6.3.4鋼絞線拉索附加阻尼器的設計宜綜合考慮阻尼器安裝位置、阻尼器剛度、阻尼非線性、斜拉索c可按式（17）和式（18）確定：6.3.4鋼絞線拉索附加阻尼器的設計宜綜合考慮阻尼器安裝位置、阻尼器剛度、阻尼非線性、斜拉索c可按式（17）和式（18）確定： nxc/lπ2 π 22(17)1cml01 lnxc (18)式中：ζn——阻尼器提供的第n階振型阻尼比；xc——阻尼器安裝位置距較近索端的距離（m），如圖6所示；κ——無量綱的阻尼器阻尼參數(shù)；c——阻尼器的阻尼系數(shù)；ω01——拉索第一階模態(tài)圓頻率（rad/s）；n——拉索模態(tài)階數(shù)；l——鋼絞線拉索的計算長度（m）；m——鋼絞線拉索及套管的單位長度總質量（kg/m）。9F斜拉索阻尼器Fc圖6拉索外置阻尼器原理圖F斜拉索阻尼器Fc對于線性阻尼器，使拉索達到最大附加模態(tài)阻尼比的最優(yōu)阻尼系數(shù)可按式（19）確定：c 0.10ml xc (19)opt 01/nl 式中：copt——線性阻尼器最優(yōu)阻尼系數(shù)；xc——阻尼器安裝位置距較近索端的距離（m）；ω01——拉索第一階模態(tài)圓頻率（rad/s）；n——拉索模態(tài)階數(shù)；——鋼絞線拉索的計算長度（m）；——鋼絞線拉索及套管的單位長度總質量（kg/m）。(17)成通用阻尼器設計曲線如圖7所示。由于式中沒有考慮阻尼器剛度、阻尼非線性、斜拉索垂度與傾角等因素，（17）得的模態(tài)阻尼比按50％折減考慮。0.60.50.4n0.3xc/l0.20.10.00.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0cnxcml01 l圖7通用阻尼器設計曲線10xc/l2％～5％之間。/