辽滨大桥施工状态的抗风稳定性分析

辽滨大桥施工状态的抗风稳定性分析

1主塔和辅助墩布置辽滨大桥位于辽宁省作业区北部。该桥设计为一座倾斜的混凝土双索桥（如图1所示），桥面宽度为24米。主梁采用π形开口断面,梁高2.4m。成桥状态跨径布置为50m+100m+370m+100m+50m=670m,拉索数量为8×12+2对。施工最大单悬臂长度为180m,跨径布置为50m+100m+180m。施工最大双悬臂长度为97.5m。主塔为钻石型,自承台顶以上塔高138.6m。边墩和辅助墩均采用双柱墩,桩基采用Φ2.5m钻孔桩。大桥地处我国东北南部渤海边,从当地气象台收集到的历年最大风速不高,但考虑其跨径较大,且主梁的断面形状对抗风不太有利,因此,为保证该桥在整个施工期间及成桥运营状态的抗风安全,对预应力混凝土斜拉桥的施工最大单悬臂、最大双悬臂及成桥状态结构动力特性进行了分析,并对其抗风稳定性能进行了分析研究。2间有限元模型根据大桥的设计资料,对成桥运营状态和施工过程中的最大双悬臂状态以及最大单悬臂状态共三种工况的结构动力特性进行了计算分析。根据主桥结构总体布置及构造特点,采用全桥空间有限元模型。其中,主梁采用梁格,桥塔、横梁采用空间梁单元,斜拉索采用单向受拉杆单元。主梁横隔板和桥面系用质量点单元模拟,考虑平动质量和质量惯矩边界条件处理:成桥状态结构的边界条件处理成与设计图纸完全一致。塔柱在承台顶面完全固结;主梁在端部与边墩顶点在横桥向、竖向自由度保持一致,并约束绕桥轴线转动方向的转角位移;主梁在辅助墩处与辅助墩顶点在横桥向、竖向自由度保持一致,并约束绕桥轴线转动方向的转角位移由设计资料可计算出主梁截面及材料特性为A=17.428m全飘结构状态计算结果列入2中。3空气动力稳定性随结构风速的变化特性评价结构的空气动力稳定性,应对结构发生颤振和驰振特性进行分析,根据本桥实际情况(塔高138.6m)结构的空气动力稳定性分析主要对结构的颤振临界风速和颤振检验风速进行分析计算,对驰振不做深入研究。3.1风速、设计标准风速和振动试验风速的确定3.1.1基本风速的确定由于桥梁所在地区的气象台站不具有足够的风速观测数据,大桥所在地区的基本风压按照交通部部颁标准《公路桥涵设计规范》(JTJ021-89)及参照《公路桥梁抗风设计指南》采用700MPa,故其基本风速为:取其地形地理条件系数K3.1.2施工阶段梁塔设计基准风速成桥阶段:主梁设计基准风速:V对于施工阶段,梁塔的设计基准风速可考虑取10年重现期的风速:主梁设计基准风速:Vd(梁施工)=0.84V3.1.3颤振临界风速按《公路桥梁抗风设计指南》6.1.4.1条,大桥桥面高度处的颤振检验风速为:[V施工阶段的颤振检验风速为:据结构动力特性的分析结果,选取主梁竖向和扭转方向的基频及对应振型,将各方案成桥状态等效为弯扭两自由度系统,然后根据两种方法估算颤振临界风速。对于攻角的影响,参照《公路桥梁抗风设计指南》6.1.2.5条,取+3°时的攻角效应系数η按平板近似公式估算,平板颤振临界风速根据主梁截面的形状按《公路桥梁抗风设计指南》的6.1.2.5条规定选取形状系数和攻角效应系数。计算结果如下表。由表3可知,计算结果满足规范要求。4风负荷和风负荷响应作用于桥梁上的设计风荷载由设计基准风速下的等效静阵风荷载和结构惯性动力风荷载叠加而成。计算方法简述如下。4.1静阵风作用等效静阵风荷载是指按等效静阵风风速计算的静力风荷载。在设计基准风速下的等效静阵风风速由下式计算式中:V在横桥向风作用下,作用于加劲梁单位长度上的横向力、竖向力和扭矩分别为:式中:C在顺桥向风作用下,作用于主梁单位长度上的顺桥向等效静阵风荷载以风和主梁上下表面之间产生的摩擦力计算:式中:c作用在桥塔上单位长度上的等效静阵风荷载为:式中:V作用在斜拉索的等效静阵风荷载同样根据4.2静阵风荷载对第i阶振型的振动,塔、梁、索等构件上坐标s处沿d方向单位长度的抖振惯性力峰值:式中:f按上述公式计算出该桥的成桥状态的等效静阵风荷载。再根据风荷载计算出相应的结构风载位移和内力。4结构动力分析结果(1)根据公路桥梁抗风设计指南和大桥地区气象资料,桥位处的基本风速取为28.0m/s;桥面高度处的设计基准风速为37.6m/s;成桥状态的颤振检验风速为58.5m/s;施工阶段的颤振检验风速为49.2m/s。(2)结构动力分析结果表明成桥状态时的一阶对称竖弯频率为0.323Hz,一阶对称扭转频率为0.577Hz;最大双悬臂状态时的一阶对称竖弯频率为0.726Hz,一阶对称扭转频率为0.894Hz;最大单悬臂状态时的一阶对称竖弯频率为0.284Hz,一阶对称扭转频率为0.560Hz。成桥状态的扭弯比最大。(3)颤振分析结果表明,该斜拉桥方案无论在成桥状态或施工最不利状态均满足颤振稳定性要求,且具有很大富余度,有足够的抗风稳定性。(