[发明专利]钝体截面桥塔结构风致振动抑制构造

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是一种涉及钝体塔柱的风致振动抑制构造。

背景技术

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。驰振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。因为驰振振动都具有发射性，破坏作用大，所以一旦发生将会造成灾难性后果。

带有直角的钝体截面桥塔具有外形美观、结构轻盈、施工方便等优点，在实际桥梁中有所应用，但是这种桥塔的驰振临界风速较低，存在严重的驰振安全性问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种钝体塔柱的风致振动抑制构造，有效的提高桥塔的驰振临界风速。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种钝体截面桥塔结构风致振动抑制构造，桥塔立面单侧的两顶角处设置直角切角，所述切角沿桥塔高度方向连续布置，其长度为桥塔高度；两直角切角对称布置于桥塔前后两侧。

作为优选，所述直角切角的横截面为正方形，其长度为桥塔截面长的1/16～1/17，其宽度约为桥塔截面宽的1/8～1/9；所述长度方向与桥面中轴线平行。

本发明的有益效果是，可显著提高钝体截面桥塔的驰振临界风速，增大桥塔在驰振不稳定风向角区间内的驰振力系数值，可有效改善桥塔的驰振安全性，进而提高了桥梁结构的安全性；结构简单，易于施工。

附图说明

图1是本发明实施例国内某大跨斜拉桥桥塔的立面图；

图2是图1的侧面图；

图3是图2中A-A截面的断面示意图；

图4是桥塔断面切角的局部放大图。

图5是带切角与不带切角的桥塔在各风向角均匀流下的横桥向风致振动位移均方根值随风速的变化对比曲线；

图6是带切角的桥塔在均匀流，各风向角下顺桥向的风致振动位移均方根值随风速的变化对比曲线；

图7是带切角的桥塔在均匀流，各风向角下横桥向的风致振动位移均方根值随风速的变化对比曲线；

图8是带切角的桥塔在紊流，各风向角下顺桥向的风致振动位移均方根值随风速的变化对比曲线；

图9是带切角的桥塔在紊流，各风向角下横桥向的风致振动位移均方根值随风速的变化对比曲线；

注：来流水平偏角分别为β＝0°～180°，间隔15°，按逆时针方向旋转，零度即顺桥向(顺桥向即沿桥梁跨度方向，横桥向为与顺桥向垂直的方向)，副塔柱在迎风侧方向吹风。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1，图2和图3，钝体截面桥塔风致振动抑制构造，包括具有两个直角形式的切角，所述切角直接在桥塔(如图3)左侧直角部位切除一正六面体。

图4作为一种优选的实施方式，所述切角为500mm×500mm直角形。

下面以某在建大桥主桥桥塔为例，通过气弹模型的风致振动试验来对比加设本发明构造后桥塔和不加任何工程措施桥塔风致振动情况。按照1:80的几何缩尺比制作了全塔的气动弹性模型，并于风洞中进行了气弹模型的风致振动试验。该气弹模型在设计中满足了几何参数、弹性参数、惯性参数以及重力参数的一致性条件，所以可以保证模型结构静动力行为与原型桥塔的一致。因为桥塔断面是典型的钝体，粘性参数条件并不明显影响其绕流的流态相似，故放松了粘性参数的相似条件；而为得到更为显著的风振现象采用了较小的阻尼。

图6给出了在风偏角为0°和风偏角为180°时带切角与不带切角的桥塔在均匀流下的横桥向风致振动位移均方根值随风速的变化对比曲线，图中风速、位移均已通过相似准则换算至实际桥塔。可以看出不加任何工程措施的桥塔在180°风偏角，风速为55m/s时，桥塔的位移均方根值由50mm增大到600mm左右，且风速继续增加时，桥塔的振动一直都非常剧烈。风速为70m/s时，位移均方根值最大，达到750mm，这一振幅已经非常大，可以认为桥塔发生了明显的驰振现象。所以不加任何工程措施的钝体桥塔驰振稳定性差，存在严重的驰振安全问题。

为有效抑制钝体截面桥塔的风致振动，提高桥塔驰振稳定性。在桥塔的上塔柱部分加设本发明的风振抑制构造。试验结果发现，设置了切角的桥塔截面在风偏角为0°和风偏角为180°，相同风速下，桥塔的位移均方根值较小，桥塔未发生驰振现象。