考虑抖振影响的大跨度桥梁静风稳定性分析

工 程 力 学 99

结构的抗力增量。当风速大于大于120m/s时，结构动力响应是不稳定的，即随着时间的增长，结构响应不断地增大，其力学原理是当风速大于120m/s

竖向/m

543210-1-2-3-4

时，随着结构扭转姿态的改变，风荷载增量始终大于结构抗力增量，由于结构恢复力丧失而导致结构响应不断增长，此即对应扭转发散。

以下考虑紊流场作用下西堠门大桥的扭转发散特性。

图8、图9为平均风速60m/s时西堠门大桥跨中点竖向响应与扭转响应非线性动力有限元计算结果；图10、图11为平均风速125m/s时西堠门大桥跨中点竖向响应与扭转响应非线性动力有限元计算结果；图12、图13为平均风速140m/s时西堠门大桥跨中点竖向响应与扭转响应非线性动力有限元计算结果。从图中可以看出，紊流场作用下，原来125m/s风速均匀流场中的扭转发散不再出现，即使将风速增加到140m/s，仍然没有静风失稳现象出现，如图12、图13所示。此外，从计算结果可以看出一个有趣的现象，即风速越高，紊流场中结构的响应均值偏离均匀流场中的响应越大，在低风速下如60m/s时二者比较接近。

1.81.61.41.21.0

t/s

图10 西堠门大桥125m/s风速下跨中竖向位移时程 Fig.10 Time history of vertical displacement of XIHOUMEN

Bridge in middle span under 125m/s wind speed

扭转 /rad

t/s

图11 西堠门大桥125m/s风速下跨中扭转位移时程 Fig.11

Time history of torsional displacement of XIHOUMEN Bridge in middle span under 125m/s wind speed

12108

竖向/m

0.80.60.4

竖向/m

0.20.0-0.2-0.4

642

t/s

图8 西堠门大桥60m/s风速下跨中竖向位移时程 Fig.8 Time history of vertical displacement of XIHOUMEN

Bridge in middle span under 60m/s wind speed

0.015

0-2

t/s

图12 西堠门大桥140m/s风速下跨中竖向位移时程 Fig.12 Time history of vertical displacement of XIHOUMEN

Bridge in middle span under 140m/s wind speed

0.010

扭转 /rad

0.005

为比较紊流场与均匀流场的差异，可采用振型分解法对作用于结构上的广义力加以分析。第i阶模态的广义力可表示为：

l

0.000

-0.005

qi(t)=[Lhi+Dpi+Mαi]dx (10)

-0.010

∫

t/s

图9 西堠门大桥60m/s风速下跨中扭转位移时程 Fig.9

Time history of torsional displacement of XIHOUMEN

Bridge in middle span under 60m/s wind speed

L、D、式中qi为第i阶按质量归一化的模态广义力，M分别为升力、阻力与升力矩，hi、pi、ai分别为第i阶模态的竖向、侧向与扭转分量。