本發(fā)明涉及橋梁風工程領域，尤其涉及大跨度板桁結(jié)合鋼桁梁橋顫振控制領域。

背景技術(shù)：

板桁結(jié)合鋼桁梁具有較大的豎向剛度和透風率，同時便于運輸和施工，在大跨度橋梁上被普遍采用(如圖1，圖1a中：a為中央防撞欄桿立桿，b為中央防撞欄桿立座；圖1b為現(xiàn)有技術(shù)聯(lián)通式安裝中央穩(wěn)定板結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖)。但由于其大跨徑導致的橋梁自振頻率偏低，使得橋梁對風的作用非常敏感，在低風速下發(fā)生顫振失穩(wěn)的可能性較大。國內(nèi)外多座大跨板桁結(jié)合鋼桁梁橋原設計方案的顫振臨界風速都不能滿足顫振穩(wěn)定性要求。對于大跨度橋梁，顫振現(xiàn)象的出現(xiàn)可能導致橋梁結(jié)構(gòu)的整體破壞，顫振往往是控制設計的重要因素，需要尋找合理有效提高顫振穩(wěn)定性的抑振措施。

現(xiàn)有研究成果表明，在主梁斷面上設置中央穩(wěn)定板是提高橋梁顫振穩(wěn)定性的一種有效方法。通過設置連續(xù)聯(lián)通式中央穩(wěn)定板，使氣動導數(shù)a2*變?yōu)樨摂?shù)，降低了氣動負阻尼，提高橋梁結(jié)構(gòu)整體總阻尼，提高了顫振發(fā)生時豎彎自由度的參與程度和扭彎耦合程度,使顫振形態(tài)由單自由度扭轉(zhuǎn)振動向彎扭耦合振動轉(zhuǎn)移,降低顫振頻率，從而提高了顫振臨界風速。然而，采用聯(lián)通式中央穩(wěn)定板，用鋼量大，造價較高；另一方面，目前尚無針對板桁結(jié)合鋼桁梁橋中央穩(wěn)定板間隔式設置的相關(guān)研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明的目的是提出一種板桁結(jié)合鋼桁梁橋顫振抑振構(gòu)造，中央穩(wěn)定板依附于橋梁中央防撞護欄布置，提高橋梁顫振穩(wěn)定性，利用降低封隔率減少材料用量，同時依然保證顫振臨界風速的有效提高，使之克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足。

實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的手段是：

一種板桁結(jié)合鋼桁梁顫振抑振構(gòu)造,依附于橋面中央防撞護欄立柱設置中央穩(wěn)定板，用于提高大跨度板桁結(jié)合鋼桁梁橋的顫振臨界風速，其特征在于，在橋面兩列中央防撞護欄立柱支座處,沿橋面主梁中心線以封隔率s間隔安裝豎向中央穩(wěn)定板，s取60％-80％范圍；每塊中央穩(wěn)定板的寬度與中央防撞護欄立柱間距l(xiāng)相同，中央穩(wěn)定板高度d取1-1.1h范圍，h為中央防撞護欄立柱高度。安裝時，一定數(shù)量連續(xù)排列的中央穩(wěn)定板與一定數(shù)量連續(xù)排列的空隙間隔構(gòu)成一安裝單元，重復排列安裝。

在上述取值范圍內(nèi)，中央穩(wěn)定板的高度對提高顫振臨界風速有一定影響，穩(wěn)定板越高，顫振臨界風速提高效果越好。而封隔率s在60％-80％范圍內(nèi)，取值越大，顫振臨界風速提高效果越好。封隔率達到80％后，間隔式中央穩(wěn)定板與等高度聯(lián)通式中央穩(wěn)定板對提高板桁結(jié)合鋼桁梁橋顫振穩(wěn)定性的效果相當。安裝中央穩(wěn)定板會使主梁的靜力系數(shù)略微增加，布置越密，高度越高，主梁靜力系數(shù)增加越多。間隔式中央穩(wěn)定板的布置方式應綜合考慮經(jīng)濟、受力及抑振效果三種因素。

在大跨度板桁結(jié)合鋼桁梁橋無法滿足《公路橋梁抗風設計規(guī)范》要求的顫振檢驗風速前提下，本發(fā)明構(gòu)造通過降低中央穩(wěn)定板的封隔率，不僅能有效提高顫振臨界風速，更提高了經(jīng)濟性能。其氣動布局從橋梁顫振的致振根源出發(fā)，通過改變顫振導數(shù)降低氣動負阻尼，使顫振由單自由度扭轉(zhuǎn)振動向彎扭耦合振動轉(zhuǎn)移，從而降低主梁的顫振頻率，提高顫振臨界風速；通過間隔式安裝降低封隔率，直接減少材料使用最高至40％，在保證了板桁結(jié)合鋼桁梁橋的結(jié)構(gòu)安全前提下，大幅度提高了其經(jīng)濟性。

附圖說明

圖1a為現(xiàn)有技術(shù)大跨度板桁結(jié)合鋼桁梁橋標準橫斷面圖。圖1b為圖1a的側(cè)視圖。

圖2為本發(fā)明間隔式中央穩(wěn)定板布置示意圖。圖2a為安裝局部示意圖，圖2b為中央穩(wěn)定板示意圖。

圖3為本發(fā)明間隔式中央穩(wěn)定板布置側(cè)向示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例71％封隔率的間隔式中央穩(wěn)定板依附于中央防撞護欄立柱側(cè)向示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例80％封隔率的加高間隔式中央穩(wěn)定板安裝側(cè)向示意圖。

圖6為使用本發(fā)明后，板桁結(jié)合鋼桁梁橋的顫振臨界風速隨中央穩(wěn)定板封隔率變化曲線，圖6a為+3°攻角情況，圖6b為+5°攻角情況。

注：風攻角，以流體速度指向橋梁下底面為正。

具體實施方式

下面通過具體的實例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的描述。實施例一

結(jié)合圖3、圖4和圖5可看出，本發(fā)明的一種具體實施方式為：利用在沿橋面主梁中心線上，以封隔率s間隔安裝沿橋梁跨向的中央穩(wěn)定板來提高大跨度板桁結(jié)合鋼桁梁橋的顫振臨界風速。中央穩(wěn)定板的兩端通過螺栓固定在兩側(cè)中央防撞護欄立柱的支座上，安裝在橋面主梁中心線上。h為中央防撞護欄立柱高度，l為防撞護欄立柱間距，d為中央穩(wěn)定板高度。中央穩(wěn)定板可由滿足強度及耐久性要求的任意材料制成。中央防撞護欄立柱高度h的可依據(jù)《公路交通安全設施設計規(guī)范》具體取值。

圖3為實施例1，d/h＝1，s＝60％。

圖4為實施例2，d/h＝1，s＝71％。

圖5為實施例3，d/h＝1.1，s＝80％。

以某大跨度板桁結(jié)合鋼桁梁懸索橋為例，通過剛性節(jié)段模型的顫振試驗來對比加設本發(fā)明構(gòu)造后主梁和不加任何工程抑振措施主梁顫振臨界風速情況。按照1:48的幾何縮尺比制作了主梁的節(jié)段模型，并于風洞中進行了剛性節(jié)段模型的顫振臨界風速試驗。該模型在設計中滿足了幾何參數(shù)、慣性參數(shù)以及重力參數(shù)的一致性條件，所以可以保證模型結(jié)構(gòu)靜動力行為與原型主梁的一致。為了得到更為顯著的風振現(xiàn)象，試驗過程中采用了較小的阻尼。

圖6給出了在不同封隔率下，采用與中央防撞護欄立柱高度h相等高度的間隔式中央穩(wěn)定板，以及采用1.1h高度的間隔式中央穩(wěn)定板后，該橋的顫振臨界風速。在攻角為正時，顫振穩(wěn)定性偏低，對橋梁結(jié)構(gòu)更為不利，故在此給出兩種正攻角試驗結(jié)果，圖6a為主梁與來流方向呈+3°攻角情況，圖6b為主梁與來流方向呈+5°攻角情況，圖中顫振臨界風速已通過相似準則換算至實際主梁?？梢钥闯?，采用間隔式中央穩(wěn)定板能有效提高顫振臨界風速；加高間隔式中央穩(wěn)定板提高顫振臨界風速的效果優(yōu)于不加高式；封隔率提高至80％后，間隔式中央穩(wěn)定板對顫振穩(wěn)定性的提高與100％封隔率的聯(lián)通式中央穩(wěn)定板相同。對于原始主梁斷面，測得主梁在+3°及+5°風攻角下的顫振臨界風速分別為35.88m/s和31.58m/s，根據(jù)《公路橋梁抗風設計規(guī)范》規(guī)定計算顫振臨界檢驗風速為35.9m/s，當間隔式中央穩(wěn)定板封隔率達到60％以上時，該橋顫振臨界風速值大于36m/s，超過規(guī)范檢驗風速，能有效提高橋梁顫振穩(wěn)定性。綜合研究表明，中央穩(wěn)定板高度d取值小于h和大于1.1h時，其顫振穩(wěn)定性和綜合技術(shù)經(jīng)濟指標不顯優(yōu)越。

風洞試驗證明：本發(fā)明構(gòu)造可以有效提高板桁結(jié)合鋼桁梁橋的顫振臨界風速，改善板桁結(jié)合鋼桁梁橋的顫振穩(wěn)定性。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種板桁結(jié)合鋼桁梁橋顫振抑振構(gòu)造,依附于橋面中央防撞護欄立柱布置，用于提高大跨度板桁結(jié)合鋼桁梁橋的顫振臨界風速，其特征在于，在橋面兩列中央防撞護欄立柱支座處,沿橋面主梁中心線以封隔率S間隔安裝豎向中央穩(wěn)定板，S取60％?80％范圍；每塊中央穩(wěn)定板的寬度與中央防撞護欄立柱間距L相同，高度D取1?1.1H范圍。本發(fā)明構(gòu)造通過對封隔率和中央穩(wěn)定板高度的優(yōu)選，其氣動布局從橋梁顫振的致振根源出發(fā)，通過改變顫振導數(shù)降低氣動負阻尼，使顫振由單自由度扭轉(zhuǎn)振動向彎扭耦合振動轉(zhuǎn)移，從而降低主梁的顫振頻率，提高顫振臨界風速；且減少材料使用最高可至40％，在保證了板桁結(jié)合鋼桁梁橋的結(jié)構(gòu)安全前提下，提高了其經(jīng)濟性。

技術(shù)研發(fā)人員：李明水;鐘應子;彭運動;李明;孫延國;王建新
受保護的技術(shù)使用者：西南交通大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.27
技術(shù)公布日：2017.08.18