淺談斜拉索的多種風致振動

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1、小議斜拉索風致振動以及減振施何傭高兆（1西南交大土木設(shè)計有限公司廣州根公司廣州510610）（2南昌市公路勘察設(shè)計險昌330077）摘要：本文介紹了斜拉索風致振動的基本原因和類型、部分減振原理和特點。關(guān)鍵詞橋梁工程；風振控制；渦激共振；抖振；參數(shù)振動；弛振；尾流弛振；風?雨振;由于背風側(cè)索處在迎風側(cè)索的尾流中并且受到迎風側(cè)0前言隨著現(xiàn)代橋跨結(jié)構(gòu)朝著高大、輕柔、低阻尼蠶發(fā)展，發(fā)展超長、大跨徑柔性橋梁是國際的一種趨勢，因此國內(nèi)外近幾年修建的斜拉橋跨度日漸增大，拉索也日漸長大，密索體系斜拉橋已經(jīng)成為傾。眾所周知，拉索是斜拉

2、橋的極其重要組成部分，橋跨結(jié)構(gòu)的恒載與活載大部分通過拉索傳遞到塔柱但是由于拉索質(zhì)量小、柔度大、自身阻尼小，在風的激勵下會發(fā)生多種類型的強烈振動，從而影響到橋跨結(jié)構(gòu)的安全；因此如何將拉索的風振控制在安全范圍受到橋梁結(jié)構(gòu)工程師們的廣泛關(guān)注。1斜拉索振動的基本原因以及類型由于斜拉索的結(jié)構(gòu)阻尼很小，而結(jié)構(gòu)阻尼對氣動力穩(wěn)定性至關(guān)重要，所以拉索本身就難以穩(wěn)定。在不同的外因條件下拉索將發(fā)生不同頻率和振幅的索振”，而且發(fā)振頻度和振幅隨著外因的改變而變化雖然引起拉索振動的原因很多，但其主要原因是風，即索振基本為風激振動。從斜拉索的振動

3、類型來看一般有以下幾種：1.1經(jīng)典渦激共振（Vortex-inducedresonance）索產(chǎn)生的尾流渦旋的激勵，而背風側(cè)索的振動又擾迎風側(cè)索周圍的氣流并與背風側(cè)索一起探生振動,其特點是隨著不同的風速以及不同的水平偏創(chuàng)可以產(chǎn)生不同模態(tài)組合的拍頻振動。這種相互作用隨著兩根索間距的增大而減小直至消失。高頻的尾流抖振也會影響拉索錨固端的疲勞。1.3參數(shù)振動(Parametricresonance)當橋面和塔受到活載、風荷載而引起振動時會使得兩端與之相連的拉索，以同樣的頻率隨之縱向振動，當拉索橫向自振頻率fc正好等于fb

4、/2或f「/2時（其中fb為橋面豎向彎曲自振頻率而f「為橋面扭轉(zhuǎn)振頻率），拉索就會產(chǎn)生橫向振動，即共振作用使結(jié)構(gòu)的振動在索中放大，但一般振幅較小。實際橋梁中發(fā)生拉索參數(shù)共振的情況較少。1.4馳振與尾流馳振（Galloping&Wakegalloping）索的外形也會使索產(chǎn)生大振幅的馳振而最饕致氣動力失穩(wěn)，當索的截面形狀發(fā)生圓形異化如邊形索，或積雪）時會產(chǎn)生橫風向的大幅度自激振動。當2根或多根拉索并列布置時；由于迎風面索的紊流尾流區(qū)內(nèi)存在一個不穩(wěn)定馳振區(qū)，如果背風面索正好當穩(wěn)定的層流風吹過拉索時氣流繞斷面分離處在這不穩(wěn)

5、定區(qū)內(nèi)，就會導致背風面索發(fā)生橢形軌產(chǎn)生周期性交替的漩渦脫落從而形成渦漩尾跡（又稱卡門渦街，由于渦脫頻率是和風速成正比，當其頻率與拉索的自振頻率一致時，將發(fā)生渦激共振。渦激共振是斜拉索最為常見的一種低風速下的風致振動；屬于低風速下的強迫振動，對結(jié)構(gòu)來說般發(fā)生在Vcr=3m/s-10m/s范圍內(nèi)（即3-5級蒲福風力）。但是渦激能量輸入有限，不會產(chǎn)生大幅度的拉索振動（Amax<0.5D）,值得注意的是：渦振發(fā)振頻度很高,易造成拉索的疲勞損1.2抖振（Buffeting）跡的振幅不斷加大的低頻振動既然尾流馳振。尾流馳振的發(fā)

6、振風向大致與橋綺0罔為±70°-80°（即背風側(cè)索正好處在不穩(wěn)定的馳振區(qū)）。尾流馳振的發(fā)振風速視索長、索力而定，一般為Ver=25fnD-50fnD。對短索而言，迎風側(cè)索大體丕動。對長索的迎風側(cè)索也會因背風側(cè)索的尾流馳振H分能量而產(chǎn)生小幅振動，且在索平面內(nèi)兩索振動的相位正好相反。尾流馳振的特點是既有索平面內(nèi)又有索平面外的大幅度振動，嚴重的還會造成拉索互相碰打風一雨振(Rain—windinducedvibration)這是近幾年研究發(fā)現(xiàn)的在風和雨共同作用引起的一種拉索強烈的振動。特別是由于順風向向下傾索由于自然風的陣

7、風脈動和紊流引起拉索的強迫振動。但抖振的振幅一般比較小。值得指出的是抖振具有多種形式的尾流效應(yīng)，典型的是并列索的尾流抖振。尼器中切片的運動使粘性體產(chǎn)生剪切變形從而將振動1.4-3.3倍，風響應(yīng)速度時程曲線峰一峰值減小能量傳遞給粘性體再轉(zhuǎn)變成熱能耗散。國內(nèi)應(yīng)用粘性剪切型阻尼器的橋有汕頭石大橋、湖口大稀、白沙洲1.2-17.5倍。達到預(yù)期的減振效果。表1鄂黃長江公路大橋部分拉索減振效果對比大橋、軍山大橋、鄂黃長江大橋、荊州長江大索橋等。I現(xiàn)將鄂黃長江大橋、荊州長江大橋兩座大盍橋的粘峰風響應(yīng)功率譜有效值風響應(yīng)時程曲結(jié)對數(shù)衰

8、.率性剪切型阻尼器的應(yīng)用情況介紹如下：鄂黃長江大橋是北京至廣州106國道跨越長江，加速度(mgrms)A29位移加速度—峰值位移(mmpP)—(mgp-p)(mmrms)有HCA14.643.464—2^60分1.700.0635無HCA1778359.59526.8875.402887.652.5568.594冊黃岡兩座中等城市的特大橋梁，是