部分斜拉桥动力特性及颤振稳定性分析

靳冰冰

摘  要：随着近几年我国经济发展速度的不断加快，我国交通运输行业的发展水平也在不断提升。部分斜拉桥在我国城市桥梁和公路施工过程中得到了非常广泛的应用，其不仅能够在一定程度上提高桥梁的美观度和经济性，同时还能提高城市桥梁施工的便捷性和质量。本文就部分斜拉桥动力特性及颤振稳定性进行研究，希望能够在一定程度上提高部分斜拉桥的使用性能。

关键词：部分斜拉桥;波形钢腹板;数值模拟;颤振稳定性论文类型：应用研究

相较于其他国家而言我国部分斜拉桥的引进相对来讲比较晚，但是和其他桥梁相比其的结构非常严谨，性能非常优越，经济性也非常高。其的引进不仅在一定程度上提高了我国桥梁施工管理的水平，还在一定程度上完善了我国的桥梁施工技术，促进了我国斜拉桥的进一步发展。斜拉桥是我国桥梁结构中非常常见的一种结构，其主要由索塔、斜拉索、主梁组成，并且其还有着易于维修、跨越性非常好、外形非常美观的特点。

1 部分斜拉桥的特点分析

1.1 塔梁固结梁墩分离体系

在进行斜拉桥连续结构施工的过程中，经常会应用到塔梁固结梁墩分离体系，这一施工体系的特点主要是在桥墩和梁体之间设置支座，对梁体和桥塔进行固结处理，在进行斜拉桥施工的过程中，其塔脚的部分承受的力并不是非常大，在对其进行索力平衡处理的条件下进行斜拉桥施工梁和塔固结位置的弯矩非常小，这样不仅会在一定程度上降低桥梁的轴向承受压力，同时还能有效的提高桥梁受力的均匀性和稳定性。但是塔梁固结梁墩分离体系本身的缺点也非常明显，当桥梁满载的时候，其塔柱的整体倾斜度就会出现变大的情况，边跨和主梁的位移就会出现受力扩大的情况，在应用塔梁固结梁墩分离体系进行施工的过程中，施工人员经常会应用吨位相对来讲比较大的支座进行施工。

1.2 塔墩固结塔梁分离体系

塔、墩固结、而塔、梁分离，主梁除塔墩上设置活动支座，对其竖向进行支撑外，其它部分由拉索悬吊，梁体可在纵向做微小的浮动，此体系抗震性能好，塔柱处无负弯矩。缺点是施工的过程中需要设置临时固结，增加施工负担。

2 部分斜拉桥与波形钢腹板部分斜拉桥动力特性分析

相比较于其他桥梁而言，斜拉桥上部结构的质量非常大，这样不仅能够在一定程度上提高其的抗风性能，同时还能有效提高橋梁结构的耐久性。相较于结合斜拉桥和钢拉桥而言，部分斜拉桥的性能非常优越，其在进行施工过程中使用的材料阻尼性非常强。随着近几年我国社会发展速度的不断加快，斜拉桥在桥梁施工建设过程中得到的应用也变得越来越广泛，这种情况不仅在一定程度上提高了跨江和跨河交通枢纽的作用，同时还提高了我国桥梁工程施工的周期，提高了桥梁腰板的受力性能。

在进行部分斜拉桥施工的过程中，施工人员要不断加大对其结构刚度和跨径的重视度，结合部分斜拉桥施工区域的实际情况对其的施工方法进行调整，这样部分斜拉桥施工的质量才能得到提升。跨越较大距离，跨径随之增大，结构刚度相应减小，在风荷载的作用下，将会激发桥梁风致振动。引起桥梁的随机抖振，或导致桥梁结构的自激振动一一颤振或驰振，从而影响桥梁的安全性能，造成梁体结构的破坏。因此，桥梁的抗风性能研究已成为大跨径斜拉桥设计中最主要的控制因素，然而桥梁结构动力特性的分析确是桥梁抗风分析的基础。因此，很有必要研究动力特性中基频计算方法的精度。

3 部分斜拉桥颤振稳定性分析

桥梁结构的自激振动包括两种现象，即颤振和驰振。当风的动力作用激发桥梁振动时，气流所产生的空气力受到结构振动的影响十分明显。这种反馈作用属于自激振动。

桥梁颤振现象是一种发散性的自激振动，这种现象是因为振动过程中，振动结构因阻尼的存在所消耗的能量远远小于结构在流动的空气中不断获得的能量。根据气流绕过断面的形式、及断面自由度运动之间的振幅及相位关系，将桥梁颤振分析分为扭弯耦合颤振和扭转颤振。这两种颤振形式可以相互转化，转换条件取决于梁体断面形式，但其介于流线型截面和钝体截面之间时，在风的作用下，梁体则会出现扭转颤振与耦合颤振之间的转换。

4 通过对部分斜拉桥颤振理论的分类分析，及对颤振斜拉桥颤振稳定性的验算得出以下结论：

4.1 总结了古典耦合颤振理论的发展过程，从中得出：二维平板振动理论只适用于机翼的颤振分析;当对悬索桥桁架式加劲梁进行颤振分析时，应采用修正后的Thcodorson平板气动力表达式;平板耦合颤振临界风速的计算可以采用诺谟图或者近似公式。

4.2 分离流颤振理论中的耦合非定常气动力，可以采用较为准确的18颤振导数进行表示，其考虑了抖振影响下的非定常抖振气动力表达式，提升了桥梁分离流颤振实验加理论的方法。但此方法在实际的应用中，需针对不同情况进行必要的简化。

4.3 三维桥梁颤振理论满足梁体复杂多变的振型特征分析。且其频域法和时域法均能解决任何结构的动力问题，但彼此之间略有差异。频域法适用于结构的线性变化，满足叠加条件，满足结构大变形。而时域法则适用于结构的非线性变化，不满足叠加条件，但满足结构的小变形。

4.4 由于铁路桥梁规范中未对斜拉桥的颤振临界风速做出明确规定，所以采用公路桥梁抗风规范中斜拉桥颤振临界风速的计算公式，对其进行简化分析，得出在梁体截面形状固定的情况下，其颤振风速与质量的平方根成正比，与梁体主跨平方根成反比，并且在截面形状系数一定的情况下与梁体宽度成正比。

4.5 采用公路桥梁抗风规范对大跨度高速部分斜拉桥进行了颤振稳定性验算，得出此桥的颤振临界风速72.80m/s远远大于其检验风速38.27m/s。满足颤振稳定性的规范要求，这为其施工及安全运营提供理论依据。

5 总结

综上所述，斜拉桥的桥面体系一般都是由加劲梁构成的，其在进行施工的过程中一般都是采用拉索代替支墩的方式进行施工，这样不仅能够在一定程度上减轻斜拉桥的整体重量，同时还能减少斜拉桥整体的弯矩，其在施工过程中需要的材料才能得到减少。随着斜拉桥整体跨径的不断增加，其的索塔高度也会随之增高，斜拉桥跨度的增大不仅会增加斜拉桥轴向的压力，还能提高其的结构几何非线性效应。

参考文献

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