第
31
卷第
21
期
振动与冲击
JOURNAL
OF
VIBRATION
AND
SHOCK
Vo
l.
31
No.21
2012
超大跨径碳纤维主缆悬索桥施工阶段颤振稳定性研究
李永乐侯光阳
1
,
2
李翠娟强士中
I
(1.西南交通大学土木工程学院,成都
610031
;2.
浙江省交通规划设计研究院,杭州
310006)
摘
要:为明确超大跨径碳纤维主缆悬索桥施工过程中的颤振稳定性,采用状态空间法,对主跨
3500
m
碳纤维
主缆悬索桥
10
个施工阶段的颤振稳定性进行了分析,分别讨论了加劲梁刚度折喊、阻尼比等参数对施工阶段颤振稳定性
的影响,并研究了交叉索对改善悬索桥施工阶段颤振稳定性的作用,研究表明,同时布置竖向交叉索和水平交叉索可大幅
提高超大跨径悬索桥施工阶段的颤振稳定性。
关键词:超大跨径悬索桥;施工阶段;颤振稳定性;刚度折陆;阻尼比;交叉索
中图分类号
U442.55
文献标识码
A
Flutter
stability
of
a
super-long
圄
span
suspension
bridge
with
CFRP
main
cables
during
erection
LI
Yong-Ie
1
, HOU
Gu
α
ng-y
αrzg12
,
LI
CILi7.ZLα
n
1
,
QIANG
Shi-zhong
1
(1.
School
of
Civil
Engineering
,
Southwest
Jiaotong
University
,
Chengdu
610031
, China;
2.
Zhejiang
Provincial
Institute
of
Communications
Planning ,
Design
&
Re
唱
earch
,
Hangzhou
310006
, China)
Abstract:
In
order to
detennine
the flutter stability of a super-long-span suspension bridge with
CFRP
main cables
during erection
,
10
erection
phases
of a
CFRP-cable
suspension bridge with a main
span
of
3500m
were analyzed with the
state-space method to obtain the critical wind
speed
of the flutter stability. The effect of stiffness reduction of stiffening
girder
and
structural damping were discussed in detai
l.
The effect of cross
cables
was also studied to improve the flutter
stability.
It
was shown
that
the flutter stability of a super-long-span suspension bridge in erection
phase
can
be
greatly
improved by using both vertical
and
horizontal cross cables.
Key
words:
super-long-span suspension
bridge;
erection
phase;
flutter stability; stiffness
reduction;
damping ratio;
cross
cable
随着社会经济的发展交流与融合,地区间、国家间
的交通需求在不断增长,桥梁工程的建设需求逐步由
跨越大江大河向近海连岛工程及跨越海峡和海洋等更
广阔的水域发展,这极大地推动了跨江越海桥梁工程
的建设与发展。世界各地规划了较多的跨海工程
[1]
单就我国而言,国道主干线同江至三亚就有
5
个跨海
工程、杭州湾跨海工程、珠江口伶
1T
洋跨海工程、琼州
海峡工程等等。其中难度最大的有渤海湾跨海工程,
海峡宽
57
km
,建成后将成为世界上最长的桥梁;琼州
海峡跨海工程,海峡宽
20
km
,海床以下
130
m
深未见
基岩,常年受到台风、海浪频繁袭击。随着深水基础建
设技术的发展,跨海桥梁跨径的最优经济方案可以预
计为
2000
-5
000
m
,桥梁跨径的潜在要求也可以估计
基金项目:国家
863
计划资助项目
(2008AA
l1
Z101)
;国家科技支撑计划
课题
(2012BA
∞
5B02)
;中央高校基本科研业务费专项资金资助
(SWJTUll
CX008
,
SWJT
Ul
l
CX127)
收稿日期:
2011
-08 -12
修改稿收到日期
:2011
-
11
-10
第一作者李永乐男,博士,教授,博士生导师,
1972
年生
在
5000
m
之内
[2]
。超大跨度桥梁跨海工程发展的客
观需要,悬索桥受力性能好,跨越能力强,是超大跨桥
梁的最佳选择。随着跨度地不断增加,结构主要承受
恒载的作用,由活载引起的主缆应力小于总应力的
10%[
飞材料的利用率及经济性较差,采用高强、碳纤
维材料作主缆,可以一定程度上减轻结构自重。碳纤
维材料质量轻、强度高、耐久性好,目前已在桥梁工程
得到应用,对于大跨度悬索桥具有较好的适用性
[4]
。
对于超大跨径碳纤维主缆悬索桥,一方面因跨度
较大,结构较为柔性,另一方面因采用碳纤维作主缆,
结构自重较小,相应地结构的重力刚度也较小,因此对
风的作用较为敏感
[5]
。
Astiz[6]
研究了超大跨径悬索桥
的结构体系及成桥状态的颤振性能,方明山
[7]
研究了
复合材料超大跨径悬索桥的静风稳定性,张新军
[8]
研
究了常规大跨度桥梁(润阳长江大桥,主跨
1490
m)
采
用碳纤维主缆后的抗风性能。已有研究多是针对成桥
状态或常规大跨度桥梁,针对超大跨径碳纤维主缆悬
索桥(主跨
3000
m
以上)施工过程颤振稳定性能的研
究较为少见。当悬索桥处于施工阶段时,已架设梁段