20.特大跨纜索承重橋梁抗風(fēng)挑戰(zhàn)與技術(shù)創(chuàng)新-中國土木工程學(xué)會

上海同濟(jì)大學(xué)2017年10月26-27日葛耀君土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室匯報(bào)提綱1.纜索承重橋梁發(fā)展2.斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變及控制3.懸索橋顫振控制及應(yīng)用4.更大跨懸索橋抗風(fēng)挑戰(zhàn)5.結(jié)論梁梁索承重橋梁發(fā)展?橋梁分類:四類橋型橋Span(m)ySpan(m)ym0196019701980199020002010Year座現(xiàn)代斜拉橋索承重橋梁發(fā)展?斜拉橋的跨徑演變拉橋3002.Severin(1959,301m)索承重橋梁發(fā)展?最大跨度斜拉橋Span(m)Span(m)索承重橋梁發(fā)展?懸索橋的跨徑演變22001.Brooklyn(1883,483m)4001880190019201940196019802000 索承重橋梁發(fā)展?最大跨度懸索橋索承重橋梁發(fā)展?主要關(guān)注內(nèi)容大跨度斜拉橋、大跨度懸索橋抖振、渦振、索振、顫振、靜風(fēng)失穩(wěn)氣動(dòng)顫振控制、靜風(fēng)失穩(wěn)控制2.斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變及控制?十座世界最大跨度的斜拉橋主主跨(m)抗風(fēng)問題斜拉索風(fēng)雨激振斜拉索風(fēng)雨激振斜拉索風(fēng)雨激振斜拉索風(fēng)雨激振斜拉索風(fēng)雨激振斜拉索風(fēng)雨激振斜拉索風(fēng)雨激振斜拉索風(fēng)雨激振斜拉索風(fēng)雨激振斜拉索風(fēng)雨激振橋名俄羅斯島大橋蘇通大橋昂船洲大橋鄂東長江大橋多多羅大橋諾曼底大橋九江長江大橋荊岳長江大橋仁川大橋金角灣大橋控制措施螺旋線螺旋線螺旋線螺旋線螺旋線螺旋線國家俄羅斯國國法國國國韓國俄羅斯建成28903092主梁鋼箱鋼箱混合混合鋼箱鋼箱鋼箱混合鋼箱鋼箱序號123456789斜拉橋顫振:非最大跨度、非鋼箱梁斷面Amplitude(cm)Amplitude(cm)2.斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變及控制?拉索風(fēng)雨振 35 30 Rain Norain25 20 15 10 5 012345678910Windspeed(m/s)振風(fēng)洞試驗(yàn)振振幅2.斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變及控制?拉索風(fēng)雨振控制螺螺旋線凹坑最大風(fēng)雨振振幅拉拉索直徑無雨?duì)顟B(tài)風(fēng)雨?duì)顟B(tài)螺旋線Φ1392.0cm32.9cm2.0cm3.2cmΦ1583.3cm31.9cm4.0cm4.8cm斜拉橋顫振控制技術(shù)一p發(fā)明新技術(shù)：兩側(cè)裙板顫振控制450米柳州紅光橋2450米柳州紅光橋2005年423米南浦大橋1991年2003年斜拉橋顫振控制技術(shù)二顆珠山大橋斜拉橋顫振控制技術(shù)二顆珠山大橋2004年顫振臨界風(fēng)速Vcr=72.5m/s<79.9m/s顫振臨界風(fēng)速Vcr=95m/s>79.9m/sp改進(jìn)舊技術(shù)：兩側(cè)邊緣風(fēng)嘴顫振控制1東海大橋顆珠山橋(332米)斜拉橋顫振控制技術(shù)三p集成好技術(shù)：檢修軌道移位顫振控制1東海大橋主航道板(420米)檢修軌道一般置于箱梁底板Vcr=81.4m/s<84.6m/sVcr=90.2m/s>=84.6m/s2.斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變及控制?五座大跨度斜拉橋動(dòng)力特性比較序號橋名主跨側(cè)彎基頻豎彎基頻扭轉(zhuǎn)基頻(m)(Hz)(Hz)(Hz)1蘇通長江大橋2大橋3鄂東長江大橋4多多羅大橋5諾曼底大橋斜拉橋基頻對橋梁主跨跨徑敏感度較低2.斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變及控制?五座大跨度斜拉橋顫振臨界風(fēng)速橋名12345顫振臨界風(fēng)速有利于促進(jìn)未來斜拉橋增大8°8°4.58.37021782.斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變及控制?單主跨1400m(整體箱梁)p橋型立面布置2672300156180941.035.4/235.4/22.0%flowrflowrail023.0023.035.4/22.0%guiding1.51.3049102.斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變及控制?單主跨1400m(整體箱梁)p節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)構(gòu)1.上中央穩(wěn)定板:不佳2.上下組合中央穩(wěn)定板:不佳B44.02.0%2.0%CHSP2.0%CHSPmaintenanceflowguidingplate2.斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變及控制?單主跨1400m(整體箱梁)p全橋氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)TorsionalrmsTorsionalrms(o)Tor.meandisplacement(o)01020304050607080901001100oygle01020304050607080901001100.52.斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變及控制?單主跨1400m(整體箱梁)p顫振臨界風(fēng)速0°°p靜風(fēng)失穩(wěn)臨界風(fēng)速風(fēng)偏角:5°風(fēng)攻角:0°2.斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變及控制?雙主跨1500m——瓊州海峽大橋方案p橋型立面布置置梁2.斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變及控制?雙主跨1500m(分體箱梁)p全橋氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)Torsionaldisplacement(°)Torsionaldisplacement(°)Torsionaldisplacement(°)Torsionaldisplacement(°)6080100120020406080100120Windspeed(m/s)TDofdplacementisplacement0.5MeandisMeandisplacementSTDofdisplacement02.52.01.0.5.0020406080100120Windspeed(m/s)52.斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變及控制?雙主跨1500m(分體箱梁)?氣動(dòng)顫振失穩(wěn)風(fēng)致靜力扭轉(zhuǎn)發(fā)散03.懸索橋顫振控制及應(yīng)用?十座世界最大跨度的懸索橋序號序號12345678910橋名明石海峽大橋西堠門大橋大海帶橋李舜臣大橋潤揚(yáng)大橋南京四橋亨伯大橋江陰長江大橋青馬大橋哈當(dāng)厄爾大橋國家本中國丹麥韓國中國中國英國中國中國挪威主梁桁梁箱梁箱梁箱梁箱梁箱梁箱梁箱梁箱梁箱梁主跨(m)抗風(fēng)問題顫振顫振渦振顫振顫振渦振無無顫振無控制措施開槽+穩(wěn)定板開槽導(dǎo)流板開槽穩(wěn)定板導(dǎo)流板無無箱梁代替桁梁無建成 8 2009 8 2012 2005 2012 0 9 7 2013 懸索橋顫振控制技術(shù)一p發(fā)明新技術(shù)：中央穩(wěn)定板顫振控制1潤揚(yáng)長江大橋(1490米)項(xiàng)海帆2005年[Vcr]=54m/s箱梁斷面形式顫振臨界風(fēng)速控制值(m/s)節(jié)段模型全橋模型原箱梁斷面增設(shè)0.65m高穩(wěn)定板增設(shè)0.88m高穩(wěn)定板增設(shè)1.10m高穩(wěn)定板國內(nèi)外橋梁技術(shù)創(chuàng)新和工程創(chuàng)造25最后采用斷面最后采用斷面懸索橋顫振控制技術(shù)二p發(fā)明新技術(shù)：分體式箱梁顫振控制1舟山西堠門大橋(1650米)顫振臨界風(fēng)速風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果3.懸索橋顫振控制及應(yīng)用?懸索橋顫振控制技術(shù)三——開槽+穩(wěn)定板p明石海峽大橋a)顫振臨界風(fēng)速反饋控制指令振動(dòng)信號采集統(tǒng)系統(tǒng)風(fēng)h反饋控制指令振動(dòng)信號采集統(tǒng)系統(tǒng)風(fēng)h3.懸索橋顫振控制及應(yīng)用計(jì)算3.懸索橋顫振控制及應(yīng)用圖1主跨3000m懸索橋方案(m)圖2加勁梁標(biāo)準(zhǔn)斷面橫截面(mm)3.懸索橋顫振控制及應(yīng)用表1節(jié)段模型主要參數(shù)參數(shù)質(zhì)量質(zhì)量慣矩阻尼比豎彎頻率豎彎剛度扭轉(zhuǎn)頻率扭轉(zhuǎn)剛度扭彎頻率比單位kg/mkg·m2/mHzN/mHzN/m數(shù)值圖3彈簧懸掛節(jié)段模型3.懸索橋顫振控制及應(yīng)用Vertical(mm)Torsional()Vertical(mm)Torsional()Vertical(mm)Torsional()Vertical(mm)Torsional()3.懸索橋顫振控制及應(yīng)用 -1.5-0-1.5 -30-3020302030Time(s)0Time(s)(a)Deckvibrationwithoutcontrol330-350-0.500000Time(s)TimeTime(s)(b)Deckvibrationwithcontrol圖6均勻來流，高風(fēng)速橋梁振動(dòng)控制效果對比(U=Ucr)，原發(fā)散橋梁振動(dòng)在開啟控制后得到鎮(zhèn)定VerticalRMS(mm)TosionalVerticalRMS(mm)TosionalRMS()5432003.懸索橋顫振控制及應(yīng)用WithoutWithoutcontrolWithControl024681012ndspeedmsWithoutWithoutControlWithControl0246810120246dspeedms峽大橋峽大橋箱梁顫振雙箱梁4.更大跨懸索橋抗風(fēng)挑戰(zhàn)?穩(wěn)定板和開槽p索橋橋名主跨主梁施所處階段1橋板2橋板3江大橋梁無無4大橋56大橋箱梁意大利西班牙/73500m86845.000(IP) 41.500(IP)6845.000(IP) 41.500(IP)4.更大跨懸索橋抗風(fēng)挑戰(zhàn)?虎門二橋——整體箱梁？A基本參數(shù)令箱梁寬度:8車道(比較4車道)286800 11000+1760+40×1280+1840=658001840+129×1280+1840=168800 52200260.939(IP4.0004.0004.更大跨懸索橋抗風(fēng)挑戰(zhàn)?虎門二橋——水平穩(wěn)定板板寬度顫振臨界風(fēng)速(m/s)Min.04.更大跨懸索橋抗風(fēng)挑戰(zhàn)?伶仃航道橋——整體箱梁？A基本參數(shù)令箱梁寬度:8車道(比較4車道)4.更大跨懸索橋抗風(fēng)挑戰(zhàn)?伶仃航道橋——水平穩(wěn)定板+豎直穩(wěn)定板顫振臨界風(fēng)速(m/s)Min.4.更大跨懸索橋抗風(fēng)挑戰(zhàn)?雙嶼門大橋——整體箱梁or分體箱梁？A雙嶼門大橋令箱梁寬度:4車道(4車道)型4.更大跨懸索橋抗風(fēng)挑戰(zhàn)?雙嶼門大橋——分體箱梁B(m/m)(m×m)顫振臨界風(fēng)速(m/s)最小值(m/s)+3°5/370.9×0.989.6>100>10089.65.5/37.50.9×0.991.8>100>10091.86/380.9×0.992.4>100>10092.46/382.3×2.3>100>10094.16/384.7×2.395.2>100>10095.24.更大跨懸索橋抗風(fēng)挑戰(zhàn)?印尼巽他海峽大橋——分體雙箱梁A巽他海峽大橋(SundaStraitBridge)令主梁寬度:8車道4.更大跨懸索橋抗風(fēng)挑戰(zhàn)?印尼巽他海峽大橋——分體雙箱梁高度？較高分體雙箱梁(9.8m)較低分體雙箱梁(5.8m)4.更大跨懸索橋抗風(fēng)挑戰(zhàn)?印尼巽他海峽大橋——分體雙箱梁？雙箱梁類型一階側(cè)彎頻率(Hz)一階豎彎頻率(Hz)一階扭轉(zhuǎn)頻率(Hz)較高主梁較低主梁雙雙箱梁類型顫振臨