[实用新型]一种倒角方形桥塔风致振动抑制构造

说明书

技术领域

本发明桥梁，特别涉及一种倒角方形桥塔风致振动抑制构造。 

背景技术

桥塔是桥梁结构体系的重要组成部分，高度会随着桥跨的增加而显著增大。对于大跨桥梁中的桥塔结构，当其截面形式较钝，结构较柔，质量轻，阻尼低时，在自然风作用下将容易出现驰振问题。驰振是桥梁的4种主要形态的风振振动之一，其它3种分别为颤振、抖振和涡激振动。其中驰振和颤振都是具有发散性的自激振动，而驰振主要发生在细长的柔性结构（例如桥塔）上，是因气流自激作用而产生的一种横风向大幅振动，这种振动最先发现于结冰的电线，振动激发的波在两根电杆之间快速传递，振幅可达电线直径的10倍，犹如快马奔驰，因此称为驰振。因为驰振和颤振类似，振动都具有发射性，破坏作用大，所以一旦发生将会造成严重的灾难性后果。例如1940年发生在美国的著名旧塔科马悬索桥（Old Tacoma Narrows Bridge）风毁事故，就是一种典型的由颤振不稳定引发的全桥破坏灾害，同样地，桥塔若发生驰振，也有可能造成全塔的破坏，进而影响整个桥梁的安全。因此在大跨度桥梁设计中，有必要对其桥塔的驰振问题加以重视和研究，且对于驰振稳定性能较差的桥塔结构，找出有效、经济的制振措施具有非常重要的意义。 

抑制桥梁风致振动（包括桥塔驰振）的工程措施可分为机械措施和空气动力措施。机械措施主要是通过外加阻尼器来提高桥梁结构阻尼,从而达到降低和抑制风致振动的目的，日本东京湾彩虹大桥在桥塔升模施工中就通过机械措施——HMD（Hybrid Mass Damper）阻尼器，有效抑制了桥塔的风致振动，但机械措施的缺点是需要维护和增加额外工程费用；空气动力措施则是通过适当改变桥梁的外形布置或者附加一些导流装置来改善物体绕流,从而达到抑制风致振动的目的，空气动力措施能够消除激励源,具有工作可靠、不需维护、费用低的优点，在实桥的风振控制中应 用非常广泛。 

风洞试验是研究大跨、高耸结构空气动力学性能的一个十分重要且不可替代的手段，风洞试验主要包括全桥气动弹性模型试验（对于桥塔就是全塔气弹模型试验）、节段模型试验和拉条模型试验。相对而言，气弹模型试验和节段模型试验发展较成熟、研究较多、应用也较广。 

对于桥塔的驰振研究而言，进行全塔气弹模型风洞试验可以直接测得桥塔的风振振动响应情况，便可以容易地直接判断出该桥塔的驰振稳定性：若观察不到桥塔振动发散现象，则说明该桥塔在试验风速范围内处于驰振稳定状态，即不会发生驰振；若明显观察到桥塔的横风向大幅振动现象，且振幅会随风速增加而迅速增大，就可以认为该桥塔进入了振动发散状态，即发生了驰振，并可以直接确定出桥塔进入发散状态的临界风速，即驰振临界风速。但有一点值得注意，为保证桥塔模型结构静动力行为与原型（即实际桥塔）的相似，在全塔气弹模型的设计中，除需满足几何外形的相似外，还应满足弹性参数、惯性参数、重力参数、粘性参数和阻尼参数与实际桥塔的一致性。 

通过节段模型的静力试验，并利用经典的Den Hartog（邓哈托）准定常驰振理论同样可以对桥塔的驰振性能进行深入研究，但节段模型在设计中必须满足外形与原型的相似，且模型几何缩尺比不应小于1:100，才能保证节段模型静力试验结果和原型的一致。根据风洞中的测力天平装置可以测得桥塔节段模型在风轴坐标系下所受到的平均阻力F_D和平均升力F_L，便可以根据以下公式计算出桥塔在风轴坐标系下的阻力系数C_D和升力系数C_L：