一種板桁結合鋼桁梁橋顫振抑振構造的制作方法

本發明涉及橋梁風工程領域，尤其涉及大跨度板桁結合鋼桁梁橋顫振控制領域。

背景技術：

板桁結合鋼桁梁具有較大的豎向剛度和透風率，同時便于運輸和施工，在大跨度橋梁上被普遍采用(如圖1，圖1a中：a為中央防撞欄桿立桿，b為中央防撞欄桿立座；圖1b為現有技術聯通式安裝中央穩定板結構的側視圖)。但由于其大跨徑導致的橋梁自振頻率偏低，使得橋梁對風的作用非常敏感，在低風速下發生顫振失穩的可能性較大。國內外多座大跨板桁結合鋼桁梁橋原設計方案的顫振臨界風速都不能滿足顫振穩定性要求。對于大跨度橋梁，顫振現象的出現可能導致橋梁結構的整體破壞，顫振往往是控制設計的重要因素，需要尋找合理有效提高顫振穩定性的抑振措施。

現有研究成果表明，在主梁斷面上設置中央穩定板是提高橋梁顫振穩定性的一種有效方法。通過設置連續聯通式中央穩定板，使氣動導數a2*變為負數，降低了氣動負阻尼，提高橋梁結構整體總阻尼，提高了顫振發生時豎彎自由度的參與程度和扭彎耦合程度,使顫振形態由單自由度扭轉振動向彎扭耦合振動轉移,降低顫振頻率，從而提高了顫振臨界風速。然而，采用聯通式中央穩定板，用鋼量大，造價較高；另一方面，目前尚無針對板桁結合鋼桁梁橋中央穩定板間隔式設置的相關研究。

技術實現要素：

鑒于現有技術的以上不足，本發明的目的是提出一種板桁結合鋼桁梁橋顫振抑振構造，中央穩定板依附于橋梁中央防撞護欄布置，提高橋梁顫振穩定性，利用降低封隔率減少材料用量，同時依然保證顫振臨界風速的有效提高，使之克服現有技術的上述不足。

實現本發明目的采用的手段是：

一種板桁結合鋼桁梁顫振抑振構造,依附于橋面中央防撞護欄立柱設置中央穩定板，用于提高大跨度板桁結合鋼桁梁橋的顫振臨界風速，其特征在于，在橋面兩列中央防撞護欄立柱支座處,沿橋面主梁中心線以封隔率s間隔安裝豎向中央穩定板，s取60％-80％范圍；每塊中央穩定板的寬度與中央防撞護欄立柱間距l相同，中央穩定板高度d取1-1.1h范圍，h為中央防撞護欄立柱高度。安裝時，一定數量連續排列的中央穩定板與一定數量連續排列的空隙間隔構成一安裝單元，重復排列安裝。

在上述取值范圍內，中央穩定板的高度對提高顫振臨界風速有一定影響，穩定板越高，顫振臨界風速提高效果越好。而封隔率s在60％-80％范圍內，取值越大，顫振臨界風速提高效果越好。封隔率達到80％后，間隔式中央穩定板與等高度聯通式中央穩定板對提高板桁結合鋼桁梁橋顫振穩定性的效果相當。安裝中央穩定板會使主梁的靜力系數略微增加，布置越密，高度越高，主梁靜力系數增加越多。間隔式中央穩定板的布置方式應綜合考慮經濟、受力及抑振效果三種因素。

在大跨度板桁結合鋼桁梁橋無法滿足《公路橋梁抗風設計規范》要求的顫振檢驗風速前提下，本發明構造通過降低中央穩定板的封隔率，不僅能有效提高顫振臨界風速，更提高了經濟性能。其氣動布局從橋梁顫振的致振根源出發，通過改變顫振導數降低氣動負阻尼，使顫振由單自由度扭轉振動向彎扭耦合振動轉移，從而降低主梁的顫振頻率，提高顫振臨界風速；通過間隔式安裝降低封隔率，直接減少材料使用最高至40％，在保證了板桁結合鋼桁梁橋的結構安全前提下，大幅度提高了其經濟性。

附圖說明

圖1a為現有技術大跨度板桁結合鋼桁梁橋標準橫斷面圖。圖1b為圖1a的側視圖。

圖2為本發明間隔式中央穩定板布置示意圖。圖2a為安裝局部示意圖，圖2b為中央穩定板示意圖。

圖3為本發明間隔式中央穩定板布置側向示意圖。

圖4為本發明實施例71％封隔率的間隔式中央穩定板依附于中央防撞護欄立柱側向示意圖。

圖5為本發明實施例80％封隔率的加高間隔式中央穩定板安裝側向示意圖。

圖6為使用本發明后，板桁結合鋼桁梁橋的顫振臨界風速隨中央穩定板封隔率變化曲線，圖6a為+3°攻角情況，圖6b為+5°攻角情況。

注：風攻角，以流體速度指向橋梁下底面為正。

具體實施方式

下面通過具體的實例并結合附圖對本發明做進一步詳細的描述。實施例一

結合圖3、圖4和圖5可看出，本發明的一種具體實施方式為：利用在沿橋面主梁中心線上，以封隔率s間隔安裝沿橋梁跨向的中央穩定板來提高大跨度板桁結合鋼桁梁橋的顫振臨界風速。中央穩定板的兩端通過螺栓固定在兩側中央防撞護欄立柱的支座上，安裝在橋面主梁中心線上。h為中央防撞護欄立柱高度，l為防撞護欄立柱間距，d為中央穩定板高度。中央穩定板可由滿足強度及耐久性要求的任意材料制成。中央防撞護欄立柱高度h的可依據《公路交通安全設施設計規范》具體取值。

圖3為實施例1，d/h＝1，s＝60％。

圖4為實施例2，d/h＝1，s＝71％。

圖5為實施例3，d/h＝1.1，s＝80％。

以某大跨度板桁結合鋼桁梁懸索橋為例，通過剛性節段模型的顫振試驗來對比加設本發明構造后主梁和不加任何工程抑振措施主梁顫振臨界風速情況。按照1:48的幾何縮尺比制作了主梁的節段模型，并于風洞中進行了剛性節段模型的顫振臨界風速試驗。該模型在設計中滿足了幾何參數、慣性參數以及重力參數的一致性條件，所以可以保證模型結構靜動力行為與原型主梁的一致。為了得到更為顯著的風振現象，試驗過程中采用了較小的阻尼。

圖6給出了在不同封隔率下，采用與中央防撞護欄立柱高度h相等高度的間隔式中央穩定板，以及采用1.1h高度的間隔式中央穩定板后，該橋的顫振臨界風速。在攻角為正時，顫振穩定性偏低，對橋梁結構更為不利，故在此給出兩種正攻角試驗結果，圖6a為主梁與來流方向呈+3°攻角情況，圖6b為主梁與來流方向呈+5°攻角情況，圖中顫振臨界風速已通過相似準則換算至實際主梁。可以看出，采用間隔式中央穩定板能有效提高顫振臨界風速；加高間隔式中央穩定板提高顫振臨界風速的效果優于不加高式；封隔率提高至80％后，間隔式中央穩定板對顫振穩定性的提高與100％封隔率的聯通式中央穩定板相同。對于原始主梁斷面，測得主梁在+3°及+5°風攻角下的顫振臨界風速分別為35.88m/s和31.58m/s，根據《公路橋梁抗風設計規范》規定計算顫振臨界檢驗風速為35.9m/s，當間隔式中央穩定板封隔率達到60％以上時，該橋顫振臨界風速值大于36m/s，超過規范檢驗風速，能有效提高橋梁顫振穩定性。綜合研究表明，中央穩定板高度d取值小于h和大于1.1h時，其顫振穩定性和綜合技術經濟指標不顯優越。

風洞試驗證明：本發明構造可以有效提高板桁結合鋼桁梁橋的顫振臨界風速，改善板桁結合鋼桁梁橋的顫振穩定性。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種板桁結合鋼桁梁橋顫振抑振構造,依附于橋面中央防撞護欄立柱布置，用于提高大跨度板桁結合鋼桁梁橋的顫振臨界風速，其特征在于，在橋面兩列中央防撞護欄立柱支座處,沿橋面主梁中心線以封隔率S間隔安裝豎向中央穩定板，S取60％?80％范圍；每塊中央穩定板的寬度與中央防撞護欄立柱間距L相同，高度D取1?1.1H范圍。本發明構造通過對封隔率和中央穩定板高度的優選，其氣動布局從橋梁顫振的致振根源出發，通過改變顫振導數降低氣動負阻尼，使顫振由單自由度扭轉振動向彎扭耦合振動轉移，從而降低主梁的顫振頻率，提高顫振臨界風速；且減少材料使用最高可至40％，在保證了板桁結合鋼桁梁橋的結構安全前提下，提高了其經濟性。

技術研發人員：李明水;鐘應子;彭運動;李明;孫延國;王建新
受保護的技術使用者：西南交通大學
技術研發日：2017.04.27
技術公布日：2017.08.18