基于实测与规范风谱的三塔悬索桥抖振性能对比(2)

随着跨径的增加，悬索桥结构变得极为细柔，在风荷载作用下的响应逐渐占据主导作用

［1-4］

．泰

图1

泰州大桥结构布置图（单位：m）

州长江公路大桥（以下简称泰州大桥）为主跨2×1080m的三塔双跨钢箱梁悬索桥，系世界首创．与中塔的引入使得三塔悬索桥的受两塔悬索桥相比，

力特点与动力特性变得更加复杂，在风荷载激励下的响应应该给予密切关注．抖振作为桥梁风致振动已成为桥梁抗风研究中的重点最突出的形式之一，

课题之一，且已开展了大量相关研究

［5-7］

该三塔悬索桥边跨无悬吊加劲梁，中塔下横梁

上不设竖向支座，也不设0号索，在中塔横梁与主梁间设横向抗风支座，限制主梁的横向位移，竖向采用限位挡块．中塔处设弹性索适当限制纵向位移；下塔柱底部与沉井上盖板相连；边塔处设置竖向拉压支座、侧向抗风支座和纵向阻尼支座．

，然而，国

内外对于三塔悬索桥抗风性能的研究很少．鉴于大跨度三塔悬索桥新颖的结构型式及其复杂的受力特点，开展其抖振研究具有重要的理论意义与工程应用价值．

我国地处亚洲大陆东部，地域广大，不同的地形特点会引起所在地风场特性的差异，因而单一的抗风规范很难完整地诠释全国各地的风谱模型

［8］

2结构有限元模型

基于大型有限元分析软件ANSYS平台建立

了泰州大桥的有限元计算模型，如图2所示．在该有限元模型中，加劲梁采用鱼骨梁式的计算模型，加劲梁和桥塔等构件简化为空间梁单元，加劲梁按

吊杆则简化为空间杆吊杆的吊点进行离散．主缆、

主缆按吊杆的吊点进行离散，其弹性模量采单元，

［10］

用Ernst等效弹模公式进行计算．主梁与吊杆之间采用刚性横梁模拟，横梁采用刚臂（刚度极大的无质量梁单元）模拟．分析中将主梁的质量平均分通过节点上的集中质量惯矩来考虑配到各节点上，

主梁分布质量惯矩的作用．根据结构设计图纸，耦合了主梁与边塔在竖向、横桥向以及绕顺桥向的转动自由度，同时耦合了主梁与中塔在横桥向的自由中塔下横梁与加劲梁交界处设置度．在边、

Combin14非线性阻尼器单元，以模拟用于控制纵桥向位移的弹性拉索和纵向阻尼支座，并将同一位置设置同向阻尼器，通过改变阻尼系数来等效多个阻尼器在该方向上的输出力．主缆和主塔底部完全固结，未考虑土-桩-结构相互作用

．

．本文以世界第一大跨度三塔悬索桥———泰

州大桥为工程背景，采用实测风谱对该桥设计阶段基于规范谱所进行的抖振分析进行对比验证．实测风谱源自本课题组多年来在润扬长江大桥桥址区、苏通长江大桥桥址区的多次台风现场实测以及结构健康监测系统

［9］

数据库所获得的海鸥、凤凰、卡

努、麦莎、冬季强北风等数据资料．根据以上实测资料，采用非线性最小二乘法对桥址区实测强风紊流功率谱密度函数进行拟合，获得实测风谱曲线，并分别以实测风谱和规范谱为目标谱模拟桥址区的三维脉动风场，基于ANSYS对泰州大桥进行非线性时域抖振响应的对比分析，结果可为三塔悬索桥抖振分析及抗风设计提供参考．

1工程背景

泰州大桥位于江苏省境内长江中段，桥位处江

“W”面宽约2.4km，河床呈形，综合考虑桥位处河势水文与航道状况以及深水岸线的充分利用，设计时主桥桥跨结构布置为390m+1080m+1080m+390m的两主跨三塔悬索桥（见图1）．加劲梁采用封闭式流线型扁平钢箱梁，加劲梁设上斜腹板及下斜腹板构成导风嘴．钢箱梁节段标准长度为16m，中心线处梁高3.5m．主缆在设计成桥状态矢跨2根主缆横向间距为35.8m．索塔采用比为1/9，

门式框架结构，两边塔为混凝土塔，中间塔为钢塔，边塔高178.0m，中塔高182.5m．2个边塔在顺桥而中间桥塔在顺桥向则采用倒Y向为单柱形结构，形结构，以增强纵向刚度

．

图2

泰州大桥空间有限元计算模型

3泰州大桥三维脉动风场的模拟

［11］

《公路桥梁抗风设计规范》分别以中的规范

结合大跨度三塔悬索桥的谱和实测风谱为目标谱，

http：//journal．seu．edu．cn