分体三箱断面主梁桥梁的抗风性能及气动优化

杨风帆， 郑史雄， 周 强， 张 宁， 赵晓天， 何睿洲

(西南交通大学 土木工程学院， 成都 610031)

随着设计理论、施工技术等方面的不断提高，现代桥梁日益向大跨柔性发展，结构的刚度、自振频率、扭弯比等均呈减小趋势，这使得桥梁结构对风的敏感性更强，桥梁抗风也成为大跨桥梁设计中主要关注点。为了满足对交通量的需求并获得较优的颤振稳定性能，分体式箱梁越来越多应用于大跨度缆索承重体系桥梁中，尤其是我国沿海地区，气象灾害时有发生，设计基准风速高。虽然分体式箱梁断面具有良好的颤振性能，但由于箱体间距的存在，相比流线型箱梁而言分体式箱梁一般都伴有不同程度的涡激振动(vortex-induced vibration，VIV; 以下简称涡振)问题。分体式双箱梁一般较易发生竖向涡振，由于两个箱体间距离梁体形心有一定距离以及更宽的桥面，分体式三箱梁更易引发扭转涡激振动。但宽幅桥面和更多的箱体满足了不同类型车辆的通行要求，此结构优势无疑是公铁两用桥梁理想的主梁形式。颤振作为自激的发散性振动，可造成灾难性后果，故必须在桥梁抗风设计中予以避免。分体箱梁以其出色的颤振性能，越来越多的应用于大跨度桥梁建设中。西堠门大桥[1](主跨1 650 m)，韩国Gwangyang大桥(主跨1 545 m)，香港昂船洲大桥[2](主跨1 018 m)，嘉绍大桥[3](主跨428 m)采用的均是分体双箱梁；Messina海峡大桥[4](主跨3 300 m)采用的是分体三箱主梁。作为一种新颖的断面形式，分体箱梁的气动性能仍处在探索阶段。现有研究足以证明与整体式箱梁相比，分体箱梁的颤振稳定性能更为突出[5-6]。……