青州闽江大桥方案的演变及抗风稳定性研究.doc

青州闽江大桥方案演变及抗风稳定性研究
摘要。本文就青州闽江大桥六年来三轮设计方案演变，从结构动力特征和颤振临界风速方面阐述了各方案抗风稳定性能，并经过方案比选和抗风方法优化提出了提议方案。最终对该方案经济效益和社会效益作出了评价。
关键词：方案演变动力特征颤振临界风速
一、概述
青州闽江大桥位于XX市XX县区青州路及长乐县筹东村之间，是福州长乐国际机场连接XX市区专用通道上跨越闽江交通工程，现在已成为同三线国道组成部分。这一重大工程对XX省改革开放、发展经济、对台交流有着巨大促进作用。
今年即将建成青州闽江大桥是一座主跨为605m双塔双索面叠合梁斜拉桥，其跨度在同类型桥梁中列世界第一。桥宽29m，主梁采取工字型边梁与预应力混凝土桥面板叠合断面。a字型桥塔高175m。空间索面、梁上索距为13.5m。
因为大桥地处福州沿海地域，这一地域每年都会遭受到台风侵袭。按照当地气象部门提供风速资料以及我国交通部颁发《桥规》。福州地域基本风速为33.4m／s，换算到桥面高度设计基准风速为46.3m／s，颤振检验风速为70m／s。要求还是比较高。所以，大桥设计方案成功是否关键技术问题之一就是大桥抗风稳定性能是否有确保。
青州闽江大桥方案可行性研究开始于1993年。这第一轮斜拉桥方案研究包含605m主跨、闭口钢箱梁和分离边钢箱叠合梁比选以及采取闭口钢箱梁主梁、主跨为685m斜拉桥动力特征分析比较。
第二轮斜拉桥方案优化设计是在1998年第一季度。针对选定叠合梁主梁形式进行了6个断面方案12种组合对比试验。
第三轮斜拉桥方案设计调整是在1998年第三季度至1999年第二季度。因为有第二轮方案仔细比选基础，对二次重大调整方案进行了有目标试验研究。最终经过全桥气弹模型风洞试验再对节段模型试验结果进行了确认，提出了提议。
二、方案演变和结构动力特征比较
这几次设计方案演变主要表现在。①主梁断面形式由最早闭口钢箱梁，渐变成带两个分离钢箱叠合梁，最终采取带两极工字型边梁叠合梁。②主梁宽度由原先23.5m，经过25.5m直达29.0m。②梁上索距由原来16m缩短到9m，再恢复到16m，最终调整为13.5m，见表1。
我们先后采取了线性空间有限元动力分析程序和美国ansys软件企业授权结构分析软件包对大桥各方案结构动力特征进行了计算分析。为提升分析精度，主梁均采取了"三梁式"计算模型[1]，计入了约束扭转刚度对结构扭转频率影响。
表2数据表明。主梁选取不一样闭口钢箱梁、分离边箱叠合梁、工字型梁叠合梁断面型式，结构一阶对称扭转频率分别为0.8692hz，0.593llhz和0.5346hz。工字边梁叠合梁方案扭转基频比闭口钢箱梁低了39％。能够预计与扭转频率亲密相关颤振临界风速会随之降低，这一改变对结构抗风稳定性能影响很大，需引发尤其关注；一阶对称竖向频率改变从0.28hz降到0.21hz左右，减小约25％；因为桥宽增加，一阶对称侧向弯曲频率从0.18hz增大到0.21hz，增幅14％。
三、抗风稳定性试验全过程及结果分析
抗风稳定性试验采取弹簧悬挂二元刚体节段模型先后在本试验室tj-1号和tj-2号边界层风洞内进行。风洞试验尺寸分别为1.2m（宽）x1.8m（高）x18m（长）、3m（宽）x2.5m（高）x15m（长）。空风洞试验风速范围分别为0.5～32m／s和0.5～68m／s，连续可调。选取几何缩尺比分别为1：65和1：50。在模型两端设置了二元端板，试验装置具备改变模型与来流之间相对攻角变换机构。
弹簧悬挂二元刚体节段模型风洞试验除了要求模型与实桥之间满足几何外形相同外，标准上还应满足弹性参数、惯性参数、阻尼参数三组无量纲参数一致性条件。试验弹性参数对成桥运行状态模拟了一阶对称扭转和一阶对称竖向弯曲振动。为了考虑全桥振动效应，模型质量系统采取了等效质量和等效质量惯性矩［2」。模型系统阻尼比竖向弯曲运动为0.2％，扭转运动力0.3％左右。
试验在均匀流场中进行，攻角范围取十3°~－3°，约束条件采取竖向弯曲和扭转两个自由度耦合方式，抗风稳定性试验工况共计五十多个。试验给出了成桥运行状态风速与气动阻尼比关系曲线。假设叠合梁结构阻尼比为1％，由该曲线能够得到各攻角下对应颤振临界风速值。各阶段全部方案成桥运行状态颤振临界风速值汇总能够看出：
（1）闭口钢箱梁断面结构颤振临界风速远高于叠合梁断面。
（2）本桥采取叠合梁断面（分离边箱梁或工字边梁）倘若不采取任何气动抗风方法，则不能满足大桥抗风稳定性要求。
（3）增设导流板比选试验得到明确结论，在本桥主梁断面（工字型边梁叠合梁）上采取这种气动方法效果良好，颤振临界风速会有很大提升，从而改进结构抗风稳定性能。
（4）气动方法优化试验结果得到了全桥气弹模型确实认，即在主梁断面两侧增设dli型导流板（宽lm，高lm）后，大桥就能满足抗风稳定性要求，提议采纳。
四、体会
青州闽江大桥设计方案经过几次重大调整，最终主梁采取工字型边梁叠合梁形式。经过大量气动方法比选和优化试验处理了令人担忧抗风稳定性难题。从中体会到：
（l）要重视方案比选，它会带来最大直接经济效益，本桥方案演变经测算大约能够节约投资6000万人民币。
（2）大跨径叠合梁斜拉桥采取适宜气动方法，能取得显著抗风效果。主跨达605m叠合梁斜拉桥能够在台风频袭福州及福州以北沿海地域建造，其社会影响力可见一斑。（公务员之家整理）

内容总结

（1）青州闽江大桥方案演变及抗风稳定性研究
摘要
（2）青州闽江大桥方案演变及抗风稳定性研究
摘要
（3）关键词：方案演变动力特征颤振临界风速
一、概述
青州闽江大桥位于XX市XX县区青州路及长乐县筹东村之间，是福州长乐国际机场连接XX市区专用通道上跨越闽江交通工程，现在已成为同三线国道组成部分