桥梁工程作业塔克玛大桥

1、1.风荷载如何作用塔克玛大桥？研究的结果表明，是桥上竖直方向的桥面板引起了桥的振动，它对风的阻力很大，风被挡之后，大量的气流便从桥面板的上方经过然后压向桥面。由于吹过的气流因不断地被屈折而使速度增加，所以在桥面板的上方和下方压力降低。如果风总是从桥梁横向的正前方吹来，那倒不要紧，因为上下方的压力降低会互相抵消。但是，如果风的方向不停地变换的话，压力就会不断地变化。这一压力差作用在整个桥面上，并因挡风的竖直结构板后所产生的涡流而得到加强，结果桥就开始形成波浪式振动，过大的振动又拉断了桥梁结构，最终使桥梁坍塌。和常识相悖，甚至和你在过去的书中看到的不同，大桥并不是因为风和桥发生的共振所倒塌的。事实

2、上这是因为气体发生了弹性震颤，简单来说就是风使物体发生形变，这个形变会引发更大的形变，而这足以冲破物体的刚性临界点，毁坏物体。如果风持续不断，建筑物遭受的影响将逐渐升级，直至坍塌。大桥的倒塌发生在一个此前从未见过的扭曲形式发生后，当时的风速大约为每小时40英里。这就是力学上的扭转变形，中心不动，两边因有扭矩而扭曲，并不断振动。这种振动是由于空气弹性颤振引起的。颤振的出现使风对桥的影响越来越大，最终桥梁结构像麻花一样彻底扭曲了。在塔科马海峡大桥坍塌事件中，风能最终战胜了钢的挠曲变形，使钢梁发生断裂。拉起大桥的钢缆断裂后使桥面受到的支持力减小并加重了桥面的重量。随着越来越多的钢缆断裂，最终桥面承受

3、不住重量而彻底倒塌了。2.塔克玛大桥在抗风性能方面有哪些设计缺陷？塔科马大桥的结构中很重要的特点是加劲梁没有采用桁架结 构，而是采用钢板梁，大桥重量得以减轻许多。桥边墙裙采用实 心钢板。两边墙裙与桥面构成 H 形结构。大桥边缘的钝形结构， 成了挡风的墙， 为在一定条件下形成冯卡尔曼涡脱准备了空间物 理条件。 再一个特点就是塔科马大桥跨宽比为 1:72， 与同类大桥相比大桥， 例如 1935 年建成的乔治华盛顿大桥跨宽比为 1:33，1937 年建成 的金门大桥为 1:47，1939 年建成的布朗克斯白石大桥为 1:31。可 见塔科马大桥的桥面过于狭窄。 这点几乎就是塔科马大桥的命门。 (三)

4、桥身结构缺陷1) 著名的金门大桥设计总顾问莫伊塞夫为使大桥更优雅，更具观赏 性，建议采用 8 英尺（约 2.4 米）深的浅支撑梁，大桥最终采用 了莫伊塞夫的设计方案。此方案使用的钢梁变窄，但是路基刚度 大为下降，从而埋下了致命的隐患。 2) 由于横向共振现象，相对温和的小风吹来，大桥主跨就会有轻微 的上下起伏， 沿着桥长方向扭曲， 桥面的一端上升， 另一端下降。 在桥上驾车的司机，可以看到桥的另一端上的汽车随着桥面的跳 动，但是设计师们认为这种波动不会引起严重后果，并误信结构 上是安全的。根本没有想到过大桥的纵向振动问题，即大桥两边 的扭动。 3) 华盛顿大学的法库哈逊应邀在当年 9 月到 1

5、1 月初相继用风洞对 8 英尺长和 54 英尺长的大桥模型进行实验测试， 研究大桥扭振原因和补救办法。法库哈逊从实验中嗅出大桥扭振的潜在破坏性，提 出临时捆绑缆绳到边跨，以减少跳动。后来又提出在大桥边墙裙 上挖洞，并在墙裙外安装一些倾斜的挡板，意图改变风对大桥的 严重影响。大桥管理部门草拟方案准备采取补救施工，但是还来 不及补救，大桥就坍塌了。 (四) 原因分析1. 塔科马大桥设计中存在一些致命的缺陷，相对于主跨长度而言， 路基过窄，它的跨宽比是所有大跨度悬索桥中最大的，大桥路基 两边实心的板状墙裙和路基材料硬度不够。因此塔科马大桥具有 两大根本缺点，实心墙裙成了挡风之墙，垂直方向过分柔软，容

6、 易引起扭曲。 2. 众说纷纭的坍塌原因 1) 随机湍流 简单说来，早期有人认为风压形成一种强迫力，强迫力频率与大桥 的固有频率相同或相近，产生大尺度振荡。实际观察中，大桥的振荡 是稳定振荡，而湍流却随时间发生无规则变化，难以解释。 2) 周期性涡旋脱落 冯卡尔曼认为，塔科马桥的主梁有着钝头的 H 型断面，和流线型 的机翼不同，存在着明显的涡旋脱落，应该用涡激共振机理来解释。 冯卡尔曼 1954 年在空气动力学的发展一书中分析：塔科马海峽 大桥的毁坏，是由周期性旋涡的共振引起的。20 世纪 60 年代以来， 不少计算和实验，为冯卡尔曼的分折提供了证据。但是，实际观察表明大桥的扭振频率为 0.2

7、 Hz，而有的模型计算表明，旋涡脱落频率 为 1 Hz。频率的 5 倍差距，致使涡旋脱落作为理论解释的主因，不尽 满意。 3) 空气动力不稳定性引起的自激颤振 假定以大桥的半跨进行分析， 风往往不是完全沿水平方向吹向大桥 桥面， 比如从下往桥面向上吹， 形成仰角， 下面风压高于上面的气压， 产生升力，桥面开始顺时针扭转，迎风的前缘向上转，后缘向下转。 同时桥面的弹性产生应力，使桥面反方向扭转，而且越过原来位置。 这时，桥面前缘在下，后缘在上，上面风压高于下面的气压，产生升 力，使桥面开始逆时针扭转。这个过程一再反复，大桥不停地来回振 荡。以至大桥材料疲劳超过极限，最终坍塌。 4) 最终祸首卡尔

8、曼涡旋 塔科马大桥桥面和梁构成 H 型几何外形。 桥边实心板状墙裙就是钝 状阻碍物，风吹到桥边时遇到板状墙裙，气流流过板墙被分成两股， 分别在桥的上下两个半 H 后面形成尾流。 当风速达到 42 英里/小时 （约 19 m/s）时，雷诺数超过 100。这个尾流中涡旋开始脱落，由于桥面 上下两边墙裙高度不一样，因此两边脱落的涡旋大小、速度不一样， 在桥面两边产生压力差。 因此这时， 大桥左边下面的涡旋压力大于大桥左边上面的涡旋压力， 大桥半主跨的左边往上翘起。一旦翘起，风与大桥形成仰角，风又形 成一个压力，立即增大对大桥的升力。脱落涡旋向前运动，这时黄色 涡旋在大桥右边下面，红色涡旋在大桥右边上

9、面。大桥右边上面的涡旋压力大于大桥左边下面的涡旋压力，继续增大左边向上、右边向下 的幅度。形成正反馈。大桥本身具有一定扭曲刚度，使得大桥桥面反 弹。涡脱有一定的周期性，交替出现。这时，如果涡脱频率与大桥扭 振频率一致， 情况正好反过来， 左边向下、 右边向上， 形成横向振动。 Ø 启示： 对于我们理工科学生来说， 塔科马大桥坍塌事件是给我们的一个警 钟，差之毫厘，谬之千里，所以认真谨慎是我们这些学习工程设计的 学生基本素养。 另外，这一事件还告诉我们实验是必要的，任何生产在实施之前 都要考虑各种因素的影响以减小事故发生率。 知错能改，善莫大焉。所以在发现错误时及时认识到错误，并予 以

10、改正和补救是万分重要的，亡羊补牢为时晚矣。3.结合现代悬索桥的设计谈一谈悬索桥抗风设计中应考虑哪些因素？ 悬索桥跨度大幅度增长带来的主要问题是结构刚度的急剧下降，这使得风致振动对桥梁安全性的影响更加重要，而影响风振性能最关键的因素就是抗风稳定性，即桥梁颤振稳定性。桥梁颤振是一种发散性的自激振动，是在结构的惯性力、阻尼力、弹性力和自激气动力共同作用下所发生的一种空气动力失稳现象。其中，结构的惯性力、阻尼力和弹性力反映了结构的动力特性，而自激气动力主要与结构断面的气动外形有关。因此，改善大跨度悬索桥抗风稳定性能的探索主要从以下三个方面着手，即提高系统整体刚度、控制结构振动特性和改善断面气动性能。

11、大跨度悬索桥的结构刚度主要来自于主缆，因此提高结构整体刚度的着眼点应放在主缆上。通过调整主缆同加劲梁的相对位置和增加特定的水平和横向的辅助索可以达到提高结构抗扭刚度和扭转振动频率的目的3，而颤振临界风速同桥梁扭转频率和扭弯频率比直接相关，所以这类方法对提高大跨和超大跨悬索桥的颤振稳定性也是行之有效的。此外，有的学者还提出应用空间索系来提高悬索桥的侧向和扭转刚度4，虽然在理论上非常有效，但由于施工的过于复杂目前很难付诸实施。1水平辅助索利用水平辅助索可以提高悬索桥的抗扭刚度从而提高扭转振动频率。因为加劲梁扭转模态振动时两根主缆作异相抖动，表现为沿着桥梁轴线的反对称运动，而水平辅助索将有效地抑制这

12、种主缆的反对称抖动，从而提高结构的抗扭刚度。其效果类似于桥塔抗扭刚度的增强。2横向辅助索横桥向布置的辅助会对也可增强悬索桥的扭转刚度。这些辅助索的共同效果在于将加劲梁的扭转振动同侧向水平振动在一定程度上耦合起来（扭转中心上升），从而提高结构总体抗扭刚度。当主梁扭转时由于横向辅助索的约束使主梁的扭转运动总是伴随着主缆的运动和加劲梁的侧向水平运动，对相同荷载作用下的扭转振动而言振幅得到了一定的控制，扭转刚度也得到了提升。在实际应用中a方案较为经济，但由于主缆居中，考虑到保证交通净空的必要无法在跨中将主缆同桥面作刚性连接（即中央扣），而这是大跨度悬索桥提高扭转和侧向刚度的一个非常有效的结构措施。b方

13、案是在普通双主缆悬索桥的横断面上增加了横向交叉索，从而使扭转振动同侧向振动耦合而提高扭转刚度。这种方案不仅能提高颤振稳定性，而且施工方法也很简便；主缆和桥面可按照普通悬索桥的方法步骤来施工，而横向交叉索可以根据实际要求既可在施工过程中充当施工临时索，也可一并在桥面安装完成后布设。此外，这一方案还留有进一步改进的余地，如将横向交叉索扩展到全跨或将二主缆连接起来以进一步提高抗扭刚度和颤振稳定性。方案c和d的结构刚度提高较大，颤振稳定性较之方案a和b更好，但由于主缆位于不与桥面正交的倾斜面内，给施工带来了较大的困难。方案d还有缆索用量较大（估计比通常悬索桥增加 1202)的缺陷，而且桥面下的两根主缆

14、也有可能影响桥下的通航净空。所以这两种方案需经慎重比选后再采用。从提高颤振临界风速的效率以及造价、施工等各方面综合比较而言，方案b是较为可行有效的选择。横向交叉索的布置位5是另一个需要认真对待的问题，通常的布设位置在主跨的四分点处。相关的理论计算得出的结论是交叉索的最佳位置是在主跨的0.3L处或边跨的跨中，此外同时在中跨和边跨布横向索的效果不如单独在一跨布索。当然这一结构的正确性还有待进一步验证，因为在计算中采用风洞试验实测气动力和采用Theordorson函数表达的气动力进行计算其结果刚好相反。最后，需要指出的是不管是采用水平索还是横向索，应用缆索系统来提高结构刚度从而提高桥梁颤振稳定性只适

15、用于大跨度悬索桥。因为只有在跨度足够大的情况下，主缆的刚度才能在结构总体刚度中占据足够大的份额而足以约束桥面的扭转运动。对于较小跨径的悬索桥，提高加劲梁的刚度仍是十分必要的。三、控制结构振动特性采用控制结构振动特性的方法来改善大跨度悬索桥的抗风稳定性能主要从增加结构阻尼和干扰振动形态等方面入手。1增加结构阻尼为了间接地提高结构的阻尼，调质阻尼器、调液阻尼器及调液注式阻尼器在土木结构中得到了应用。这些阻厄器的制振减振原理是将主结构的振动能量传递到频率相近的阻尼器上，然后加以耗散，从而达到减小结构振幅的目的。应用被动调质阻尼器除了可以有效改善大跨桥梁的抖振和涡振性能外，还能提高桥梁的颤振稳定性6。

16、调质阻尼器的优点在于它的低造价和简便性。被动调质阻厄器的理论分析和节段模型试验结果表明6（1）调质阻尼器的性能主要取决于转动惯量的大小，调质阻尼器与受控系统之间的转动惯量比越大，控制效果越好。当转动惯量比高于5.6时，调质阻尼器能提高颤振临界风速40左右。因此，调质阻尼器能显著地提高颤振临界风速；（2）调质阻尼器的控制效果还与受控系统的转构阻尼有关，原结构阻尼越小，控制效果越好，这是因为调质阻尼器所提供的阻尼值在整个系统阻尼值中所占的比重较大。因此，调质阻尼器最适合于钢加劲梁的大跨度悬索桥；（3）调质阻尼器的控制效率在阻尼器质量和阻尼一定的条件下，对阻尼器与受控系统之间的频率比非常敏感，只有在

17、最优频率比附近控制效率才达到最优，而阻尼器与受控桥梁之间的最优频率比是由桥梁的断面形状决定的；（4）调质阻厄器的安装位置应尽可能地放在桥梁受控振型值的最大区域；（5）此外，一般认为调质阻尼器的钝体截面上的控制效果比在流线型截面上的更好。2干扰振动形态在颤振控制领域的研究中还有一些方法，其原理是通过干扰原有结构振动形态来达到改善桥梁结构动力特性的目的。其中，回转仪法是在加劲梁上安装回转仪，让回转仪的运动同加劲梁的扭转运动相耦会从而通过回转矩来抑制颤振的发生；而偏心质量法是在桥梁横断面上布置移动的偏心质量7，通过对其主动控制可提高颤振临界风速80，但因所需质量的大小和致动器的冲程过大，所以现在还无

18、法应用到大跨桥梁的颤振控制中；还有一种控制断面扭转中心移动以降低气动力矩的方去别是在加劲梁断面两侧安置一个充满水的管道，当接近颤振临界状态时排空背风侧管道中的水，这样断面扭转中心就向迎风侧移动使气动力臂减小而降低了气动力矩，提高了稳定性，这一方法曾经运用在Humber桥的颤振控制中。 四、改善桥梁断面气动性能改善桥梁断面的气动性能的着眼点在于从作用于桥梁上的气动力中获取有利于颤振稳定的效能。具体的实现可通过两条途径：其一是改善加劲梁的断面型式，并对加劲梁的气动外形进行微调；其二是安装附加的主动或被动控制面以获得稳定气动力。1气动外形的改进现有大跨悬索桥的加劲梁型式主要有欧洲常采用的扁平闭合箱梁

19、型式和在美国、日本应用较多的行梁型式。榆梁型式的优点是加劲梁可以达到比较高的抗扭刚度，且透风性能好，所以其颤振临界风速较高，如日本的 Akashi Kaikyo悬索桥采用的就是行梁加劲。闭口箱梁型式的优点在于造价的节省和更好的美学效果，目前应用较为广泛，如丹麦的大海带桥，不过闭口箱梁型式的颤振稳定性四、改善桥梁断面气动性能改善桥梁断面的气动性能的着眼点在于从作用于桥梁上的气动力中获取有利于颤振稳定的效能。具体的实现可通过两条途径：其一是改善加劲梁的断面型式，并对加劲梁的气动外形进行微调；其二是安装附加的主动或被动控制面以获得稳定气动力。1气动外形的改进现有大跨悬索桥的加劲梁型式主要有欧洲常采用

20、的扁平闭合箱梁型式和在美国、日本应用较多的行梁型式。榆梁型式的优点是加劲梁可以达到比较高的抗扭刚度，且透风性能好，所以其颤振临界风速较高，如日本的 Akashi Kaikyo悬索桥采用的就是行梁加劲。闭口箱梁型式的优点在于造价的节省和更好的美学效果，目前应用较为广泛，如丹麦的大海带桥，不过闭口箱梁型式的颤振稳定性不如行梁型式加劲梁，要提高采用闭口箱梁型式加劲梁的悬索桥的颤振性能。(2）改善加劲梁截面两端（来流分离的主要部位）的外形，如添加风嘴等，以改善气流绕流的流态，减少涡脱，使截面趋向流线型。(3)加劲梁中心开槽以增加透风车，减小加劲梁顶底面的压力差。节段模型试验和两自由度颤振分析

21、显示中心开槽的闭口箱梁的颤振临界风速将得到一定的提高，而且随着开槽宽度的增加桥梁的颤振临界风速会继续上升10，当然这样会增加桥塔和下部结构的造价。（4）在加劲梁断面布置导流板、抑流板或扰流板、中央稳定权等以改变绕流流态也可以提高桥梁的颤振稳定性。但这类方法的机理尚未研究透彻，所以这类导流板的具体型式、尺寸和布置部位都需要通过风洞试验来测试。（5）避免采用实体栏杆和较高的缘石，增加栏杆的透风率。采用以上的气动措施虽然能在一定程度上提高桥梁的颤振临界风速，但这些抗风措施的效能是比较有限的。即使合理运用了这些措施，当跨度继续增大后，这两种传统断面悬索桥的颤振临界风速仍将显著下降。其原因在于大跨悬索桥

22、弯扭耦合颤振失稳发生时的临界风速主要取决于桥梁的扭弯频率比，扭弯频率比越大颤振临界风速越高。而桥梁的振动频率又主要取决于结构的整体刚度和惯性。大跨度悬索桥的刚度绝大部分是由主缆提供的，加劲梁的弯曲振动模态实际上是两根主缆作同相抖动所引起的，扭转振动模态则是主缆作异相抖动所致。仅就两根主缆并受到理想支承而言，主缆作同相或异相抖动的频率是相同的，在实际悬索桥中由于加入了加劲梁和桥塔的刚度和质量，并且加劲梁和桥塔的抗扭刚度同抗弯刚度有很大差别，从而造成了实际悬索桥弯频、扭频的差异。但随着跨度的增大，主梁、桥塔提供的刚度在结构整体刚度中所占的比例越来越小，结构的整体动力特性越来越向仅有两根主缆的情况接

23、近，因而扭弯频率越来越接近，形成恶劣的气动稳定性。因此，要实现超大跨度悬索桥就必须提出颤振稳定性更好的加劲梁方案，目前这种革新的加劲梁方案就是分离式闭口箱梁，在分离的箱梁间通过横梁连接成整体。分离式加劲梁设计实际上正是加劲梁中心开槽思想的拓展，即通过分离箱梁间的开放空间增加透风率，减小加劲梁顶底面的空气压力差从而增加气弹稳定性。同时这一方案保持了传统闭口箱梁结构的优点，如空气阻力系数小、涡振性能好等。有关的和试验结果表明这种方案是相当有效的，当然其造价的大幅增加也是在方案比选中需要认真考虑的。此外也有建议采用闭口椭圆形加劲梁方案【2】2主动控制面控制面是在加劲梁断面的迎风、背风边缘安装的薄平板

24、。当加劲梁在气流作用下发生振动时，利用作用在控制面上的气动力来达到抑制颤振，提高颤振临界风速的效果。根据控制原理的不同又可分为主动控制和被动控制两类。控制面的主动控制措施1113是在加劲梁的迎风、背风边缘安装上控制面，这些控制面完全与加劲梁分离以避免造成二者之间的气动干扰，通过合理地反馈控制利用主动输入的能量调整控制面运动的振幅和相位，以产生对系统振动起稳定作用的气动力来达到抑制颤振发生的作用。反馈控制的原理可采用线性优化输出反馈控制理论，具体到颤振控制时常简化为最小能量控制理论14。在应用控制面进行主动控制时要注意：(1)背风面的控制面所消耗的能量要多于迎风面，这是因为在振动过程中断面的扭转

25、中心将向迎风面移动。(2）在确定了需安装控制面的总长度后，无论是采用一整块控制面还是采用相同总长的多块控制面，其控制效果相差不大。安装一整块控制面所需的能耗低些，而采用多块控制面的好处在于当其中一块或几块停止工作时其对颤振的控制作用不会下降大多，这在实际应用中也是非常必要的.控制面主动控制的优点是几乎可对任意风速都能进行反馈控制抑制颤振发生。主动控制的缺点是需要致动器、传感器、控制设备（执行、实现控制流）和外部能量输入等较复杂的控制系统。此外采用主动控制措施需要两到三个并行的工作控制系统以保证其可靠性，因为控制系统的失灵很可能导致桥梁结构的毁坏。3被动控制面采用控制面进行被动控制71517的方

26、法虽然不像主动方法那样可对任意风速都能解决颤振问题，但显然更为简便、可靠，易于为桥梁工程师所接受。控制面被动控制的一种方法是将控制面同加劲梁直接相连（铰接），使加劲梁周围的统流模式发生改变，这样不仅可从作用在控制面上的气动力还可以从加劲梁本身气动力的改变中获得有利于气动稳定的作用。饺接在加劲梁断面边缘的控制面通过附加索连接到架设于二主缆间的支撑梁上，同时又由预应力扭转弹簧同加劲梁相连，这样当加劲梁发生扭转时控制面就可在附加索和预应力弹簧的共同作用下发生被动转动以达到提高系统气动稳定性的作用。节段模型分析表明最适宜的控制面宽度约为1.0m，桥梁临界风速最大可提高 30，然而这一系统对控制桥梁静力

27、扭转发散没有作用。被动控制的另一种方法是在加劲梁重心处悬挂摆，布置在加劲梁迎风背风边缘的控制面都通过连接索连接到摆上（连接素同摆的连接点的变化将直接影响控制面相对加劲梁扭转运动的增益系数）。当加劲梁发生扭转振动时，重心摆将发生相对加劲梁的摆动，从而带动控制面运动，以获得适当的稳定气动力达到抑制颤振的目的。在对这种控制方法的分析中考虑了两种模式：其一是加劲梁扭转振动将引起迎风、背风缘的控制面作异相转动，即迎风面控制面作顺时针转动时背风面控制面作逆时针转动；其二是加劲梁扭转振动引起的迎风、背风缘控制面作同相转动。三维颤振分析结果表明模式一有效地稳定了第一阶扭转振型，但不提高静力发散风速；模式二则在

28、防止了系统静力发散的同时将颤振临界风速提高了20。分析还显示控制面的最有效布置位置在主跨的跨中点，长度约为30的跨长。试验结果同分析结果达到了较好的一致性。对模式一所做的两维模型分析表明在应用重心摆进行控制面被控制时重心摆的主要参数可以有两种选择：一是所用摆质量大、周期长、阻尼大，这样加劲梁的运动将不引起摆的运动，控制面的运动将同加劲梁的扭转振动成正比，临界风速可提高43；二是所用摆质量小，周期短，并采用较低的系统增益，这样摆的运动将大幅参与到系统的颤振模态中，临界风速最大可提高57。节段模型试验结果显示当系统增益在00.5之间时，分析结果同试验结果吻合较好，当增益大于1时，两者偏差较大，这说

29、明分析中独立计算加劲梁和控制面上的空气力而未考虑耦合效果的简化仅适用于小幅振动的情况。加劲梁，要提高采用闭口箱梁型式加劲梁的悬索桥的颤振性能。(2）改善加劲梁截面两端（来流分离的主要部位）的外形，如添加风嘴等，以改善气流绕流的流态，减少涡脱，使截面趋向流线型。(3)加劲梁中心开槽以增加透风车，减小加劲梁顶底面的压力差。节段模型试验和两自由度颤振分析显示中心开槽的闭口箱梁的颤振临界风速将得到一定的提高，而且随着开槽宽度的增加桥梁的颤振临界风速会继续上升10，当然这样会增加桥塔和下部结构的造价。（4）在加劲梁断面布置导流板、抑流板或扰流板、中央稳定权等以改变绕流流态也可以提高桥梁的颤振稳定性。但这

30、类方法的机理尚未研究透彻，所以这类导流板的具体型式、尺寸和布置部位都需要通过风洞试验来测试。（5）避免采用实体栏杆和较高的缘石，增加栏杆的透风率。采用以上的气动措施虽然能在一定程度上提高桥梁的颤振临界风速，但这些抗风措施的效能是比较有限的。即使合理运用了这些措施，当跨度继续增大后，这两种传统断面悬索桥的颤振临界风速仍将显著下降。其原因在于大跨悬索桥弯扭耦合颤振失稳发生时的临界风速主要取决于桥梁的扭弯频率比，扭弯频率比越大颤振临界风速越高。而桥梁的振动频率又主要取决于结构的整体刚度和惯性。大跨度悬索桥的刚度绝大部分是由主缆提供的，加劲梁的弯曲振动模态实际上是两根主缆作同相抖动所引起的，扭转振动模

31、态则是主缆作异相抖动所致。仅就两根主缆并受到理想支承而言，主缆作同相或异相抖动的频率是相同的，在实际悬索桥中由于加入了加劲梁和桥塔的刚度和质量，并且加劲梁和桥塔的抗扭刚度同抗弯刚度有很大差别，从而造成了实际悬索桥弯频、扭频的差异。但随着跨度的增大，主梁、桥塔提供的刚度在结构整体刚度中所占的比例越来越小，结构的整体动力特性越来越向仅有两根主缆的情况接近，因而扭弯频率越来越接近，形成恶劣的气动稳定性。因此，要实现超大跨度悬索桥就必须提出颤振稳定性更好的加劲梁方案，目前这种革新的加劲梁方案就是分离式闭口箱梁，在分离的箱梁间通过横梁连接成整体。分离式加劲梁设计实际上正是加劲梁中心开槽思想的拓展，即通过

32、分离箱梁间的开放空间增加透风率，减小加劲梁顶底面的空气压力差从而增加气弹稳定性。同时这一方案保持了传统闭口箱梁结构的优点，如空气阻力系数小、涡振性能好等。有关的计算和试验结果表明这种方案是相当有效的，当然其造价的大幅增加也是在方案比选中需要认真考虑的。此外也有建议采用闭口椭圆形加劲梁方案【2】2主动控制面控制面是在加劲梁断面的迎风、背风边缘安装的薄平板。当加劲梁在气流作用下发生振动时，利用作用在控制面上的气动力来达到抑制颤振，提高颤振临界风速的效果。根据控制原理的不同又可分为主动控制和被动控制两类。控制面的主动控制措施1113是在加劲梁的迎风、背风边缘安装上控制面，这些控制面完全与加劲梁分离以

33、避免造成二者之间的气动干扰，通过合理地反馈控制利用主动输入的能量调整控制面运动的振幅和相位，以产生对系统振动起稳定作用的气动力来达到抑制颤振发生的作用。反馈控制的原理可采用线性优化输出反馈控制理论，具体到颤振控制时常简化为最小能量控制理论14。在应用控制面进行主动控制时要注意：(1)背风面的控制面所消耗的能量要多于迎风面，这是因为在振动过程中断面的扭转中心将向迎风面移动。(2）在确定了需安装控制面的总长度后，无论是采用一整块控制面还是采用相同总长的多块控制面，其控制效果相差不大。安装一整块控制面所需的能耗低些，而采用多块控制面的好处在于当其中一块或几块停止工作时其对颤振的控制作用不会下降大多，这在实际应用中也是非常必要的.控制面主动控制的