遼濱大橋施工狀態(tài)的抗風穩(wěn)定性分析

遼濱大橋施工狀態(tài)的抗風穩(wěn)定性分析

1主塔和輔助墩布置遼濱大橋位于遼寧省作業(yè)區(qū)北部。該橋設計為一座傾斜的混凝土雙索橋（如圖1所示），橋面寬度為24米。主梁采用π形開口斷面,梁高2.4m。成橋狀態(tài)跨徑布置為50m+100m+370m+100m+50m=670m,拉索數(shù)量為8×12+2對。施工最大單懸臂長度為180m,跨徑布置為50m+100m+180m。施工最大雙懸臂長度為97.5m。主塔為鉆石型,自承臺頂以上塔高138.6m。邊墩和輔助墩均采用雙柱墩,樁基采用Φ2.5m鉆孔樁。大橋地處我國東北南部渤海邊,從當?shù)貧庀笈_收集到的歷年最大風速不高,但考慮其跨徑較大,且主梁的斷面形狀對抗風不太有利,因此,為保證該橋在整個施工期間及成橋運營狀態(tài)的抗風安全,對預應力混凝土斜拉橋的施工最大單懸臂、最大雙懸臂及成橋狀態(tài)結構動力特性進行了分析,并對其抗風穩(wěn)定性能進行了分析研究。2間有限元模型根據(jù)大橋的設計資料,對成橋運營狀態(tài)和施工過程中的最大雙懸臂狀態(tài)以及最大單懸臂狀態(tài)共三種工況的結構動力特性進行了計算分析。根據(jù)主橋結構總體布置及構造特點,采用全橋空間有限元模型。其中,主梁采用梁格,橋塔、橫梁采用空間梁單元,斜拉索采用單向受拉桿單元。主梁橫隔板和橋面系用質量點單元模擬,考慮平動質量和質量慣矩邊界條件處理:成橋狀態(tài)結構的邊界條件處理成與設計圖紙完全一致。塔柱在承臺頂面完全固結;主梁在端部與邊墩頂點在橫橋向、豎向自由度保持一致,并約束繞橋軸線轉動方向的轉角位移;主梁在輔助墩處與輔助墩頂點在橫橋向、豎向自由度保持一致,并約束繞橋軸線轉動方向的轉角位移由設計資料可計算出主梁截面及材料特性為A=17.428m全飄結構狀態(tài)計算結果列入2中。3空氣動力穩(wěn)定性隨結構風速的變化特性評價結構的空氣動力穩(wěn)定性,應對結構發(fā)生顫振和馳振特性進行分析,根據(jù)本橋實際情況(塔高138.6m)結構的空氣動力穩(wěn)定性分析主要對結構的顫振臨界風速和顫振檢驗風速進行分析計算,對馳振不做深入研究。3.1風速、設計標準風速和振動試驗風速的確定3.1.1基本風速的確定由于橋梁所在地區(qū)的氣象臺站不具有足夠的風速觀測數(shù)據(jù),大橋所在地區(qū)的基本風壓按照交通部部頒標準《公路橋涵設計規(guī)范》(JTJ021-89)及參照《公路橋梁抗風設計指南》采用700MPa,故其基本風速為:取其地形地理條件系數(shù)K3.1.2施工階段梁塔設計基準風速成橋階段:主梁設計基準風速:V對于施工階段,梁塔的設計基準風速可考慮取10年重現(xiàn)期的風速:主梁設計基準風速:Vd(梁施工)=0.84V3.1.3顫振臨界風速按《公路橋梁抗風設計指南》6.1.4.1條,大橋橋面高度處的顫振檢驗風速為:[V施工階段的顫振檢驗風速為:據(jù)結構動力特性的分析結果,選取主梁豎向和扭轉方向的基頻及對應振型,將各方案成橋狀態(tài)等效為彎扭兩自由度系統(tǒng),然后根據(jù)兩種方法估算顫振臨界風速。對于攻角的影響,參照《公路橋梁抗風設計指南》6.1.2.5條,取+3°時的攻角效應系數(shù)η按平板近似公式估算,平板顫振臨界風速根據(jù)主梁截面的形狀按《公路橋梁抗風設計指南》的6.1.2.5條規(guī)定選取形狀系數(shù)和攻角效應系數(shù)。計算結果如下表。由表3可知,計算結果滿足規(guī)范要求。4風負荷和風負荷響應作用于橋梁上的設計風荷載由設計基準風速下的等效靜陣風荷載和結構慣性動力風荷載疊加而成。計算方法簡述如下。4.1靜陣風作用等效靜陣風荷載是指按等效靜陣風風速計算的靜力風荷載。在設計基準風速下的等效靜陣風風速由下式計算式中:V在橫橋向風作用下,作用于加勁梁單位長度上的橫向力、豎向力和扭矩分別為:式中:C在順橋向風作用下,作用于主梁單位長度上的順橋向等效靜陣風荷載以風和主梁上下表面之間產生的摩擦力計算:式中:c作用在橋塔上單位長度上的等效靜陣風荷載為:式中:V作用在斜拉索的等效靜陣風荷載同樣根據(jù)4.2靜陣風荷載對第i階振型的振動,塔、梁、索等構件上坐標s處沿d方向單位長度的抖振慣性力峰值:式中:f按上述公式計算出該橋的成橋狀態(tài)的等效靜陣風荷載。再根據(jù)風荷載計算出相應的結構風載位移和內力。4結構動力分析結果(1)根據(jù)公路橋梁抗風設計指南和大橋地區(qū)氣象資料,橋位處的基本風速取為28.0m/s;橋面高度處的設計基準風速為37.6m/s;成橋狀態(tài)的顫振檢驗風速為58.5m/s;施工階段的顫振檢驗風速為49.2m/s。(2)結構動力分析結果表明成橋狀態(tài)時的一階對稱豎彎頻率為0.323Hz,一階對稱扭轉頻率為0.577Hz;最大雙懸臂狀態(tài)時的一階對稱豎彎頻率為0.726Hz,一階對稱扭轉頻率為0.894Hz;最大單懸臂狀態(tài)時的一階對稱豎彎頻率為0.284Hz,一階對稱扭轉頻率為0.560Hz。成橋狀態(tài)的扭彎比最大。(3)顫振分析結果表明,該斜拉橋方案無論在成橋狀態(tài)或施工最不利狀態(tài)均滿足顫振穩(wěn)定性要求,且具有很大富余度,有足夠的抗風穩(wěn)定性。(