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高桥墩风荷载作用振动分析 　　摘 要：高桥墩因为其在高度上与其他两个结构上的尺寸相比具有较大的比例，其较高的高度决定了其具有较大的柔度，横向荷载作用在其上会产生较大的作用，在横向作用下，桥墩在上、中、下会产生不同的振动和变形，在风荷载作用下，桥墩中部在X与Y方向会产生驰振，引起材料疲劳。 　　关键词：抗风，涡振，驰振，风荷载，控制措施 　　一 前言 　　高桥墩因为其在高度上与其他两个结构上的尺寸相比具有较大的比例，其较高的高度决定了其具有较大的柔度，横向荷载作用在其上会产生较大的作用，在横向作用下，桥墩在上、中、下会产生不同的振动和变形，有限元分析其不同的位置的振动和变形有助于桥墩的设计与施工的安全控制。 　　二 风荷载作用引起的振动 　　（1） 涡振 　　涡振是发生在悬索桥吊杆上的一种振动，涡振是一种自激形式的振动，涡振振幅小，但其频率高，很容易引起人行索桥的疲劳，加速结构的寿命。涡振F的计算由： 　　F=FT+FV+FM 　　FT ― 空气湍流产生的净阵风荷载； 　　FV― 旋涡脱落风荷载； 　　FM― 动力风荷载； 　　实腹式桥梁断面的竖向涡激共振发生风速可按下式计算 　　式中： 　　―竖向涡激共振发生风速（m/s） 　　―为竖向弯曲振动频率（Hz） 　　―为桥面宽度（m） 　　扭转涡激共振的的发生风速可按下式计算 　　式中： 　　―为扭转涡激共振发生的风速（m/s） 　　―为扭转振动频率 　　（2）驰振 　　驰振是负气动阻尼引起的几乎与风向垂直的单自由度弯曲的自激型振动。结构横截面是产生驰振的主要因素，由于人性索桥长细比较大，横截面刚度小，所以容易产生驰振。对于水平设置的等截面构件，当（C‘L+CD）≥0时，不会放生驰振；当（C‘L+CD）0时，可能会出现驰振，这时候的驰振临界风速估算公式为： 　　式中： 　　―为结构单位长度质量（ ） 　　―为结构一阶弯曲圆频率（ ） 　　―为结构的阻尼比 　　―为截面迎风宽度（m） 　　―为空气密度（ ） 　　、 ―分别为阻力系数和升力系数 　　―为升力系数对攻角的斜率， 　　三 抗风振动实例 　　（1）工程概况 　　常佳坡大桥位于广西壮族自治区河池市，其3#桥墩高度达到100m，是横跨金城江上的一座大桥，桥墩采用圆形桥墩，风荷载采用将风压转换为风力来实现桥墩有限元的模拟，该桥结构离散用有限元软件ANSYS分析，结构有限元见图1。 　　图1 常佳坡大桥桥墩结构离散图 图2 常佳坡大桥桥墩振型图 　　（2） 结果分析 　　通过对桥墩施加当地的风荷载，在桥墩的最高点、桥墩中点和桥墩根部作为分析对象，分析不同的桥墩部位在风荷载作用下的位移影响，在X和Y方向上的位移与时间的关系曲线见图3、图4. 　　图3 桥墩上、中、下点在X向的位移图 　　通过图2可以看出，在X向上桥墩的最高点与中点随着时程的振动最大，而桥墩根部的X向位移基本不发生改变，在最高点上的X向位移与桥墩中点的X向位移相差不大，说明桥墩在上到一定的高度时，在高度上的位移相差不大。 　　图4桥墩上、中、下点在Y向的位移图 　　在Y方向上，桥墩根部点的位移基本趋于0，而中部点最为波动，而上部点的位移趋于不变，中部点位置的波动最大位移为上部点的位移。 　　四 结论 　　通过对比发现在X向上，上部点波动较大，其振动容易引起驰振，而中部点的位移略小于上部点，也容易引起驰振，而下部点的位移基本不动，所以下部点不容易引起驰振；在Y方向上，上部点波动基本没有，而中部点的位移区域波动，容易引起驰振，而下部点的位移基本不动，所以下部点不容易引起驰振；综合各个方向上，在中部点上各个方向上都容易引起波动，所以，中部点产生的驰振会较大，而且，桥墩中部的混凝土材料会区域疲劳。 　　参考文献 　　[1]埃米尔.风对结构的作用[M].北京：人民交通出版社，2004. 　　[2]马保林.高墩大跨连续钢构桥[M].北京：人民交通出版社，2001. 　　[3]范立楚.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，1999. 　　[4]尼尔斯，吉姆辛，姚玲森，林长川译.缆索承重桥梁[M].北京：人民交通出 　　版社，1992. 　　[5]吴坤平.大跨度悬索桥动力特性计算及参数分析[D].长沙：长沙理工大学， 　　2007. 4