标准规范下载简介和部分内容预览：
大跨度钢构桥悬臂施工状态的抗风性能研究大跨度钢构桥在悬臂施工阶段由于结构尚未完全形成，抗风性能较成桥状态更为敏感和复杂。研究其抗风性能对于确保施工安全、优化设计参数具有重要意义。在悬臂施工过程中，桥梁的刚度较低，气动稳定性较差，容易受到风荷载的影响，可能引发振动、失稳等问题。因此，针对此阶段的抗风性能研究显得尤为关键。
研究表明，影响悬臂施工阶段抗风性能的主要因素包括桥梁截面形状、施工阶段的结构刚度分布、风速及风向角等。通过风洞试验和数值模拟分析，可以评估桥梁在不同工况下的颤振临界风速、涡激振动响应以及抖振响应等关键指标。同时，引入气动控制措施（如设置导流板或阻尼装置）可有效改善桥梁的抗风性能。
此外，结合实际工程案例，综合考虑环境条件与施工工艺对桥梁动态特性的影响，能够为施工阶段的抗风设计提供科学依据。未来研究可进一步探索智能化监测技术与实时预警系统的应用，以提升大跨度钢构桥悬臂施工阶段的安全性和可靠性。
大跨度刚构桥由于其施工和造价上的优势成为一种很有竞争力的桥型，但由于其上部结构悬臂施工 长度长、自重大、墩体又常采用薄壁墩其最大双悬臂状态的振动频率往往较低因而风致振动和风致结 为力就成为桥梁设计、施工者们十分关心的问题。目前我国高速公路刚构桥，由于桥面要求较宽，常将上 部结构按上、下行分为两幅桥面净间距一般较小两幅梁的截面相同为单箱单室变截面箱梁，每幅梁下的 敦身各自由两平行布置的薄壁箱形截面墩板组成。现以一预应力混凝土三跨连续刚构桥作为研究对象 结合风洞试验和数值计算详细分析了在最大双悬臂施工状态的抗风性能以及应采取相应的制振措施。
某预应力混凝土三跨连续刚构桥其跨径组成为（105+190+105）m。上部结构按上、下行分为两幅 两幅桥面净间距为1.05m，两幅梁的截面相同。每幅主梁为一单箱单室变截面箱梁桥面宽为13.5mo 墩身由两平行布置的薄壁箱形截面墩板组成。采用悬臂法施工最大双悬臂时单边悬臂长达93.75m
郑史雄等：大跨度刚构桥悬臂施工状态的抗风性能研究
根据力学相似理论在结构模型风洞试验中要求原型（实桥和模型之间的弹性参数、质量参数和重 力参数等严格一致即模型与原型的几何外形和动力特性均相似，同时风洞内的流场也与实际流场相似。 关于雷诺数的一致性条件（粘性参数）在目前缩尺模型风洞试验中无法满足只能予以放弃。国内外 已有研究表明对于桥梁结构这类钝体雷诺数条件并不显著影响其绕流的流态相似2]。 大跨度刚构桥最大双悬臂施工状态下主梁的风致竖向振动和横向振动分别主要由主梁的竖摆和横摆 构成其余高阶模态的贡献率甚低根据结构动力特性的上述特点在模型设计时可以以主梁的竖摆和横 摆这两个基阶模态为目标进行模拟。 由于主梁的竖摆和横摆两基阶模态主要取决于双壁墩的刚度因而在设计模型时，可仅要求双壁墩满 足弹性参数和质量参数一致性条件主梁满足质量参数一致和墩顶处弹性参数一致性条件。这样设计模 型的好处在于模型主梁制作时不必采用传统分段留有缝隙的做法从而使模型主梁的气动外形达到与实 桥完全几何相似最大限度地降低对主梁绕流相似性的损害。试验在西南交通大学工业风洞（XNJD－1） 的第一试验段中进行断面尺寸为3.6m（宽）×3.0㎡（高）模型的几何比尺取为C=1/60，则风速比为 Cv=1/√60=1/7.75频率比为C=√60/1=7.75/1加速度比C。=1/1。 模型双壁墩的刚度由A3钢制成的芯梁提供外形用红松木制成用铅块调节质量。 由于实桥的两幅梁相互独立施工时两幅梁同时施工，同时达最大双悬臂状态因而其模型也由相互 独立的两幅组成，两幅模型尺寸相同。 为了检验模型的结构动力特性是否与原型计算值之间满足相似关系，文中采用自由振动法测量了模 型的频率和模态阻尼比。模态测试表明所制作的模型其结构阻尼比仅为0.001左右这与实桥经验值相 差较大，而风致振动又十分依赖于结构的阻尼比。因此，为了得到合理的试验结果应采取措施对模型的 阻尼比加以调节。现采用了在模型上贴橡胶片和外加油箱阻尼器等方法提高模型的阻尼。 再次模态试验表明经阻尼调节后模型的横摆振动频率为1.834Hz阻尼比达到0.5%。竖摆振动频 率为4.512Hz，阻尼比为0.3%而实桥对应计算频率则分别为0.2306Hz和0.5664Hz换算到模型分别 为1.786Hz和4.387Hz，可见模型的频率与要求值吻合良好模型的基阶阻尼也在合理范围之内从而满 足了动力相似的要求。
风洞模型试验及流场模拟
除气弹模型满足相似关系之外在风洞内模拟实际大气边界层流场是保证试验结果正确的另一重要 方面。流场模拟所考虑的相似性指标为：平均风速剖面、素流强度剖面和紊流风谱等。 大气边界层模拟装置由尖塔、粗糙元和锯齿板组成该装置可在较短距离内加速形成平均风速剖面及 紊流强度（1剖面并可模拟不同地表粗糙度类别的大气边界层流场。 图1和图2分别为模型所在位置的平均风速剖面及素流强度剖面图1的理论曲线为相应于工类地 表粗糙度类别的值。图1试验曲线与理论曲线相比较表明，该试验段模拟风场的平均风速剖面与理论要
为了测定模型所受的静风空气力系数从而为实桥静风内力计算提供依据并考查结构的抗风稳定性 及涡激振动特性首先进行均匀流场中的试验。试验在XNJD－1风洞的第一试验段中进行。 试验时用6分量天平测量前后两幅上部结构模型墩底所受的静风力前梁指迎风侧梁后梁指背风侧 梁）并由下式分别计算两幅上部结构墩底处的风力系数C；和力矩系数C
F; (i=x,y,z) M; CMi= (i=x,y,z)
其中：F为风力：M为力矩；L为主梁全长；H为墩顶处主梁高度；V为风速；o=1.225kg/㎡为空气密度。 对于模型:L=3.125m，H=0.175m对于实桥：L=187.5m，H=10.5m。x轴向为横桥向，轴向为桥纵 向为竖直向。 定义来流风与x轴夹角为水平偏角3。为研究不同来流风向对结构的影响，试验时取来流水平偏角 分别为3=0（横桥向风）15°30和45°等4个。每个偏角均用两个试验风速进行试验。试验表明风速不 同对6分力系数影响很小，也即雷诺数的影响很小。表1列出了试验所得前后两幅上部结构墩底处的风 力系数C和力矩系数Cv随角3的变化。从表1可见前梁的横桥向阻力系数C力矩系数Cv和升力系 数C、均较后梁的大。尤其是当β=0°和3=15°时前梁的横桥向阻力系数C和力矩系数CM均远大于相应 的后梁的值且前后梁的这两系数还反号这表明两个并列的相距很近的悬臂梁，由于下缘的绕流，使两 箱梁之间的区域出现了比单个箱梁的背风面更低的负压。而升力系数前后梁对于不同的方向角均反 号。随着风向角3的增大前梁的横桥向阻力系数和力矩系数均减少升力系数则变化小后梁的横桥向 阻力系数和力矩系数有增大的趋势升力系数始终为负前、后梁的顺桥向阻力系数和力矩系数基本呈现 出增大的趋势。由此可见对于相距较近的两变截面箱梁在横桥向风作用下箱梁四周存在着较复杂的三 维流动这种三维流动严重影响了风对桥梁的作用对于这类桥梁如仅按二维方法确定气动力参数或不考 虑两幅上部结构的相互作用而仅取一幅上部结构单独进行分析将会带来较大的误差。在试验风速达 6.67m/（相当于实桥风速为51.7m/s的范围内还考查了结构是否发生驰振及涡激振动。试验表明在 该风速以下范围内前后上部结构均不会发生振幅发散的失稳振动，也未发生明显的涡激振动现象。
表1 墩底的风力系数和力矩系数随3角的变化
紊流场中的试验主要用于考察结构的抖振响应。试验在安装有前述边界层模拟装置的第一试验段中 进行。为考察不同风向的影响试验对来流设置了3个水平偏角即：3=0横桥向风）3=15°和3=30。 桥面高度处试验风速为1.292～6.630m/s按照风速比相当于实桥桥面风速为10.0～51.3m/so 根据该桥在双悬臂状态的振型特点最大振幅发生在悬臂端因而选择悬臂端作为测量断面。所测信 号分别为前、后梁悬臂端横、竖向位移和横、竖向加速度响应使用8个通道采集。测振系统包括伸臂式付 移计、加速度传感器、电涡流位移传感器、动态电阻应变仪及随机信号与振动分析系统。试验风速由热线 风速仪测定在模型前方桥面高度处还安放有一个热丝探头用以测量各工况下桥面处的试验风速。 试验时考虑了采用将两梁横向相连的制振方案在每个来流水平偏角下按以下2种工况进行测试 工况（1）：两幅梁间不设横向连系：江况（2）在2/3悬臂长度处将两梁用薄铝片横向相连
郑史雄等：大跨度刚构桥悬臂施工状态的抗风性能研究
不设置横向连系主梁的横向响应在不同水平偏角时的值已换算为实桥的 表2设置横向连系前后主梁的横向响应（实桥风速=48.4m/s）
结构的风载内力由两部分组成：风致振 动引起和静风荷载引起的内力。对于前一部 分内力可用气弹模型试验所获得的位移换 算至实桥，再利用有限元法反演求得。对于 后一部分内力，根据表1所列的风力系数和 力矩系数计算出墩底的6个静力分量再通 过有限元法分析求得双壁墩各自的墩底内 力。由表1可见春霖医院住院部综合楼建筑工程施工组织设计，前梁的风载静风响应明显 大于后梁的静风响应，因而本文仅计算前梁 的风致内力响应表3给出了设置与没设置横 振响应的峰值因子取g=3.5。从表3中可见 风向角。两梁间设置横向连系大大地减少了 体来说在主梁2/3悬臂长度处设置横向连系
表3单墩底的风致内力响应（=48.4m/s）
向应表3给出了设置与没设置横向连系时单墩底在设计风速时的主要风致内力， 值因子取g=3.5。从表3中可见水平偏角为β=15°时墩底的横向弯矩最大，因 梁间设置横向连系大大地减少了墩底的横向弯矩，虽然然其轴力和纵向弯矩略有 梁2/3悬臂长度处设置横向连系是良好而又简便的抑振技术措施。
通过对某双幅上部结构刚构桥气弹模型风洞试验及计算结果的分析可得出如下结论： （1）在各种工况下在施工设计风速范围内结构不会发生振幅发散的失稳振动。 （2）在该桥施工设计风速范围内结构不会发生明显的涡激振动。 （3）在施工时将两幅梁相连能十分有效地减小悬臂端的风致横向振动响应，由于该桥的横向振动响 应较竖向振动响应大得多因而减小横向振动响应能大大提高该桥的施工抗风安全度。
公路桥梁抗风设计指南》编写组.公路桥梁抗风设计指南M].北京：人民交通出版社1996：11～ 米尔.希缪罗伯特.H.斯坎伦著刘尚培译.风对结构的作用一风工程导论M1.上海同济大