管道悬索桥抗风稳定性研究

李 鹏

（西安长庆科技工程有限责任公司， 陕西 西安 710003）

1 管道悬索桥的概述及其发展

管道悬索桥是用于支撑管道的桥梁，由于其桥面主要支撑在悬索之上，因此被人们称之为管道悬索桥。与传统的拱桥所不同的是，管道悬索桥的桥面并不完全依靠于桥墩的支撑力。这是由于在管道悬索桥的两端存在有用于维持悬索桥桥面平衡的悬索，这些悬索可以为桥面提供相应的拉力，从而使其可以保持平衡。此外与传统拱桥所不同的是，拱桥中桥墩的承重结构往往为刚性，易出现损坏，而悬索桥中悬索的承重结构为柔性，不易出现损坏的现象。目前，人们所常见的管道悬索桥一般由悬索、索塔、锚碇、吊杆以及桥面等几部分所组成。其中悬索一般用于对桥面施加拉力，进而确保桥面平稳。而索塔则主要用于固定悬索。锚碇与吊杆则可以将悬索与桥面相固定。为了有效提高管道索道桥的稳定性以及安全性，人们在建设管道索道桥时常常会采用高强度钢丝作为悬索桥的悬索。使用悬索桥作为管道运输桥梁不但可以提高桥梁的抗震性能，同时还可以从一定程度加强其美观程度。并且，通过使用悬索桥进行管道运输也可以从一定程度上降低建设成本。

随着技术的不断发展，现代悬索桥不但可以用于实现管道运输，同时也可以用于车辆与行人通行。然而古代的悬索桥由于材质与技术均无法与现代相比，因此古代的悬索桥仅能用于行人通行。记载中最早的悬索桥是李冰所建造的笮桥，其悬索主要由藤与麻绳所制，而桥面则主要由木板所制，可以用于行人通行，但无法通过车辆。随着社会的发展，在1801年藤浦莱曼建设了铁链悬索桥，其中悬索由铁链制成，桥板则由铁板所制。通过对材料以及技术进行更新后，铁链悬索桥不但可以用于行人通行，同时也可以实现车辆通行。但铁链悬索桥仍具有跨度较短的缺陷。随着技术的不断更新，现今的悬索桥不但可以顺利实现行人与车辆的通行，同时还可以实现管道的长距离运输。

2 管道悬索桥静风稳定性及影响因素的分析

在对管道悬索桥静风稳定性及其影响因素进行分析前，我们首先需要对管道悬索桥稳定性的相关理论进行了解，同时还需要对管道悬索桥结构各部分的风荷载进行调查。

2.1 管道悬索桥稳定性相关理论研究

在对管道悬索桥稳定性相关理论进行研究时，首先我们需要对管道悬索桥的抗风发展具有一定的了解。人们对管道悬索桥静风稳定性这一研究是源于1940年美国的一座管道悬索桥由于风力作用而倒塌而开始的。在长达80年的研究过程中，我们发现桥梁风致震动大致有以下四种形态，分别是颤振、驰震、抖震以及涡激震动。这些震动形式将会严重地影响到桥梁结构，进而影响到桥梁的稳固性。在了解到管道悬索桥的抗风发展史后，为了进一步完善桥梁结构，使其可以有效提高稳定性，我们还需要对桥梁结构风致震动的控制措施进行研究、分析。通过研究我们可以发现桥梁结构风致震动的控制措施大概有以下几种。首先是结构措施，结构措施是指在原管道悬索桥的机构方面进行改进，从而增强其稳定性。例如，我们可以将悬索桥中的悬索改为交叉索的方式，从而提高管道悬索桥的稳定性与抗风性。第二，除了对管道悬索桥的结构进行改进外，我们还可以通过在桥的结构的截面增加一些气动措施，从而降低风力对桥稳定性的影响。例如，我们可以在桥结构的截面处加装导流板以及风嘴等设备，从而降低风力对桥结构的影响，进而有效提高管道悬索桥的稳定性。最后，我们还可以通过在管道悬索桥的劲梁上加装一些机械措施，从而提高桥的稳定性。

2.2 结构各部分的风荷载

为了可以进一步对管道悬索桥静风稳定性及其影响因素进行分析，我们还需要对管道悬索桥结构各部分的风荷载进行测量、计算。在上文中曾提到，管道悬索桥的结构部件大致可以分为桥塔、主缆、吊杆以及加劲梁四种。其中桥塔、主缆以及吊杆由于与公路悬索桥类似，因此可以通过公路桥梁抗风设计规范对其风荷载进行计算。然而，为了方便计算，我们还需要对相关结构部件在顺风方向的投影面积、各部分的阻力系数以及其基准高度、基准风速等数据信息进行测量。而对加劲梁风荷载进行计算时，我们则需要划分坐标轴并对其进行计算。一般人们在对加劲梁的风荷载进行计算时，往往会对该桥梁建立体坐标系，并通过测量出相应的阻力、升力以及扭矩后进而计算得出加劲梁的风荷载。

2.3 静风稳定影响因素的分析

通过对管道悬索桥稳定性理论进行研究，并对管道悬索桥结构各部分的风荷载进行测量、计算后，我们可以发现管道悬索桥静风稳定影响因素大致有以下几点。首先是结构对称性的影响。对称性结构风荷载分布均匀，而非对称性结构风荷载往往分布不均，因此非对称性结构往往更加稳定。此外，主缆风力也会对管道悬索桥的静风稳定性造成一定的影响。另外，风攻角的不同也会对管道悬索桥的静风稳定性造成一定的影响。其中风攻角越大则静风稳定性越低。因此为了可以加强管道悬索桥的静风稳定性，我们需要对管道悬索桥的结构进一步完善，从而有效降低桥梁的静风稳定性。

3 结束语

综上所述，随着悬索桥不断地发展，现今的悬索桥不但可以供行人与车辆进行通行，同时还可以完成大跨度的管道运输工作。然而，为了保障管道悬索桥的安全性以及稳定性，我们需要对其静风稳定性及影响因素进行分析。但为了方便我们对管道悬索桥静风稳定性及其影响因素的分析，我们在对其进行分析前，首先需要对管道悬索桥稳定性的相关理论进行研究。同时，我们还需要对管道悬索桥结构各部分的风荷载进行测量与计算。通过对管道悬索桥稳定性的相关理论性知识进行学习，并对桥结构各部分风荷载计算、测量后，我们可以发现影响管道悬索桥静风稳定性的因素大致包括风攻角、主缆风力以及结构对称性三点。相信通过对管道悬索桥静风稳定性影响因素的研究，我们将可以进一步加强管道悬索桥的稳定性与安全性。