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【摘 要】 在海拔较高的险峻山区跨越地形或在河网海滨地区连接两岸时，常选择设计和建造大跨径悬索桥，因其本身柔度大，大跨径悬索桥的抗风稳定性成为要重点注意的问题。本文主要从大跨径悬索桥施工和成桥两个阶段讨论桥梁的抗风性能。
【关键词】 大跨径悬索桥 施工阶段 成桥阶段 抗风研究
0 引 言
随着交通量的增长，在江河沿海及高山峡谷地区修筑跨越地形的桥梁的需求日益增加。作为大跨径，施工工期较短的悬索桥成为常见选择。但因其柔度大，且多修筑于风场条件复杂的山区或河网地区，抗风问题成为悬索桥工程实践中讨论的重点。而在施工阶段和程桥阶段，其本身的动力响应特性也有区别，本文着眼于此，查阅了现阶段已有的相关研究资料，作出讨论及总结。
1 施工阶段的风振特点及抗风措施
1.1 施工阶段风振特点 悬索桥作为一种柔性的大跨度结构，对其抗风性能的考虑一直是工程建设中的重点。而在施工阶段，其本身未形成完整的结构，整体稳定性能相比成桥阶段较低。尤其在主梁架设时，结构刚度及风稳定性往往更低。根据现阶段已有研究，本节主要对施工阶段主梁假设对悬索桥抗风性能的影响抗风性能作讨论，对它们在主梁拼装阶段的风稳性进行综合评价，得出以下结论。
（1）在主梁假设的最初阶段，由于组合在吊揽上的梁段少，其本身不足以产生较大的气动力，缆索系统对其约束效应明显，因此对整体结构的气动性影响较小。此时段内，桥梁整体的风稳性较好。
（2）当主梁假设率约在整体的百分之十到百分之二十之间时，梁段已经产生了足够的气动力，而缆索系统对其约束力较小，梁体自身刚度不足，已假设梁段对整体风稳性影响较大，由此造成整体抗风性能较弱。此阶段即整个施工过程中颤振风速最低阶段。
（3）当主梁拼装率达到约百分之四十后，整体抗风性趋于稳定。但在百分之六十到百分之八十之间时，又有一次较小回落，是由于此时期结构整体抗扭刚度有所减小。此阶段后颤振风速趋于平稳，结构抗扭刚度与抗风性能逐渐接近成桥状态。
1.2 施工阶段的抗风措施 在施工阶段，主要通过降低颤振和抖振来提高桥梁抗风性能。目前主要的方法有改变主梁架设顺序、增设体内索、加装控制翼板、设置阻尼器等。
（1）改变主梁架设顺序。不同的桥型，使用不同的架设顺序时，其施工阶段的抗风稳定性是不同的。
（2）增设体内索。在施工过程中，通过增加水平交叉索和竖向交叉索能提高梁体的抗扭刚度，以起到增加颤振稳定性的效果。
（3）加装控制翼板。其原理是通过在主梁上设置控制翼板，通过控制翼板的气动力平衡主梁部分的升力矩，起到提高风稳性的效果。
（4）设置阻尼器。这是较为常用的一种方法，不论是在施工阶段和成桥阶段都有使用。通过阻尼器耗散结构受迫振动的能量达到提高抗风性能的目的。
2 成桥阶段的风振特点及抗风措施
2.1 成桥阶段的风振特点 成桥阶段与施工阶段相比，桥梁整体结构成形，刚度提高。但由于本身跨度较大，以及成桥通车后附加了车道荷载及车辆荷载，其抗风问题较为突出。本节主要从桥塔、主梁、缆索系统的风振特点加以讨论。
（1）桥塔的风振特点。由于桥塔常采用非圆的钝体截面形式，在风载作用下，会发生吸收能量引发的驰振及旋涡脱落引起的涡振。不论哪一种，对结构都是不利的。
（2）主梁的风振特点。大跨径悬索桥的主梁一般采用加劲梁形式。其风振分为颤振和抖振两种。其中颤振是扭转作用下的负阻尼效应和刚度效应。这种振动发散后，在流线截面引起弯扭耦合颤振，在非流线引起分流颤振。
（3）缆索系统的风振特点。缆索系统由主缆和吊索两部分组成，连部分都存在驰振和涡激振动现象。但主缆主要是驰振影响较大，吊索主要是涡激振动影响较大，雨振较小。
2.2 成桥阶段的抗风措施 在制定桥梁的抗风措施时，首先要讨论不同部分结构的动力响应特点，再具体分析对结构产生主要影响的振动类型，以及引起这些振动的原因。结合这些因素，制定相应的抗风措施。
（1）桥塔的抗风措施。桥塔发生驰振和颤振往往与桥塔的高度、截面形式及使用材料有关，通过改变上述影响因素可有效改变桥塔的空气动力响应特性，起到抗风的效果。
（2）主梁的抗风措施。目前一般的方法有稳定板法、中央开槽法、箱梁分离法、增设风嘴等。 稳定板法就是设置中央稳定板或水平稳定板，通过导流来提高梁体稳定性。
（3）主缆主要面临驰振的影响，现阶段主缆的抗风措施以设置机械阻尼器为主，如 TMD、TLD。
3 结 论
在大跨径悬索桥的施工和成桥阶段，桥梁抗风是不可忽略的问题。 一是由于地形的限制，悬索桥所在的桥位附近一般风場条件复杂，从风荷载的等级来说，常常遇到强对流的大风天气。 另一方面是由于悬索桥本身的结构柔度大，特别是受风作用下结构受迫振动振动明显。进一步来说，在悬索桥施工和成桥阶段，其本身的抗风性能也有区别。 特别是在施工阶段的主梁拼装阶段，结构体系未形成，抗风性能总体较差。因此更需要采用较精确的非线性模型模拟分析，制定相应抗风措施，确保施工合理安全。
【参考文献】
[1] 刘竹钊，何宪飞，陈艾荣. 大跨悬索桥施工过程颤振稳定分析[ J]. 同济大学学报， 2002， 30（ 5）.
[2] 刘高. 增设主梁下风侧翼板抑制悬索桥架设阶段颤振的研究[ J]. 工程力学， 2001， 18（ 5）. [3] 陈水盛.陈宝春.浅谈钢管混凝土拱桥动力特性分析以及方法[J].公路.2001（02） [3] 项海帆， 葛耀君. 现代桥梁抗风理论及其应用[J]. 力学与实践，2007， 29（1）： 1-13.
【关键词】 大跨径悬索桥 施工阶段 成桥阶段 抗风研究
0 引 言
随着交通量的增长，在江河沿海及高山峡谷地区修筑跨越地形的桥梁的需求日益增加。作为大跨径，施工工期较短的悬索桥成为常见选择。但因其柔度大，且多修筑于风场条件复杂的山区或河网地区，抗风问题成为悬索桥工程实践中讨论的重点。而在施工阶段和程桥阶段，其本身的动力响应特性也有区别，本文着眼于此，查阅了现阶段已有的相关研究资料，作出讨论及总结。
1 施工阶段的风振特点及抗风措施
1.1 施工阶段风振特点 悬索桥作为一种柔性的大跨度结构，对其抗风性能的考虑一直是工程建设中的重点。而在施工阶段，其本身未形成完整的结构，整体稳定性能相比成桥阶段较低。尤其在主梁架设时，结构刚度及风稳定性往往更低。根据现阶段已有研究，本节主要对施工阶段主梁假设对悬索桥抗风性能的影响抗风性能作讨论，对它们在主梁拼装阶段的风稳性进行综合评价，得出以下结论。
（1）在主梁假设的最初阶段，由于组合在吊揽上的梁段少，其本身不足以产生较大的气动力，缆索系统对其约束效应明显，因此对整体结构的气动性影响较小。此时段内，桥梁整体的风稳性较好。
（2）当主梁假设率约在整体的百分之十到百分之二十之间时，梁段已经产生了足够的气动力，而缆索系统对其约束力较小，梁体自身刚度不足，已假设梁段对整体风稳性影响较大，由此造成整体抗风性能较弱。此阶段即整个施工过程中颤振风速最低阶段。
（3）当主梁拼装率达到约百分之四十后，整体抗风性趋于稳定。但在百分之六十到百分之八十之间时，又有一次较小回落，是由于此时期结构整体抗扭刚度有所减小。此阶段后颤振风速趋于平稳，结构抗扭刚度与抗风性能逐渐接近成桥状态。
1.2 施工阶段的抗风措施 在施工阶段，主要通过降低颤振和抖振来提高桥梁抗风性能。目前主要的方法有改变主梁架设顺序、增设体内索、加装控制翼板、设置阻尼器等。
（1）改变主梁架设顺序。不同的桥型，使用不同的架设顺序时，其施工阶段的抗风稳定性是不同的。
（2）增设体内索。在施工过程中，通过增加水平交叉索和竖向交叉索能提高梁体的抗扭刚度，以起到增加颤振稳定性的效果。
（3）加装控制翼板。其原理是通过在主梁上设置控制翼板，通过控制翼板的气动力平衡主梁部分的升力矩，起到提高风稳性的效果。
（4）设置阻尼器。这是较为常用的一种方法，不论是在施工阶段和成桥阶段都有使用。通过阻尼器耗散结构受迫振动的能量达到提高抗风性能的目的。
2 成桥阶段的风振特点及抗风措施
2.1 成桥阶段的风振特点 成桥阶段与施工阶段相比，桥梁整体结构成形，刚度提高。但由于本身跨度较大，以及成桥通车后附加了车道荷载及车辆荷载，其抗风问题较为突出。本节主要从桥塔、主梁、缆索系统的风振特点加以讨论。
（1）桥塔的风振特点。由于桥塔常采用非圆的钝体截面形式，在风载作用下，会发生吸收能量引发的驰振及旋涡脱落引起的涡振。不论哪一种，对结构都是不利的。
（2）主梁的风振特点。大跨径悬索桥的主梁一般采用加劲梁形式。其风振分为颤振和抖振两种。其中颤振是扭转作用下的负阻尼效应和刚度效应。这种振动发散后，在流线截面引起弯扭耦合颤振，在非流线引起分流颤振。
（3）缆索系统的风振特点。缆索系统由主缆和吊索两部分组成，连部分都存在驰振和涡激振动现象。但主缆主要是驰振影响较大，吊索主要是涡激振动影响较大，雨振较小。
2.2 成桥阶段的抗风措施 在制定桥梁的抗风措施时，首先要讨论不同部分结构的动力响应特点，再具体分析对结构产生主要影响的振动类型，以及引起这些振动的原因。结合这些因素，制定相应的抗风措施。
（1）桥塔的抗风措施。桥塔发生驰振和颤振往往与桥塔的高度、截面形式及使用材料有关，通过改变上述影响因素可有效改变桥塔的空气动力响应特性，起到抗风的效果。
（2）主梁的抗风措施。目前一般的方法有稳定板法、中央开槽法、箱梁分离法、增设风嘴等。 稳定板法就是设置中央稳定板或水平稳定板，通过导流来提高梁体稳定性。
（3）主缆主要面临驰振的影响，现阶段主缆的抗风措施以设置机械阻尼器为主，如 TMD、TLD。
3 结 论
在大跨径悬索桥的施工和成桥阶段，桥梁抗风是不可忽略的问题。 一是由于地形的限制，悬索桥所在的桥位附近一般风場条件复杂，从风荷载的等级来说，常常遇到强对流的大风天气。 另一方面是由于悬索桥本身的结构柔度大，特别是受风作用下结构受迫振动振动明显。进一步来说，在悬索桥施工和成桥阶段，其本身的抗风性能也有区别。 特别是在施工阶段的主梁拼装阶段，结构体系未形成，抗风性能总体较差。因此更需要采用较精确的非线性模型模拟分析，制定相应抗风措施，确保施工合理安全。
【参考文献】
[1] 刘竹钊，何宪飞，陈艾荣. 大跨悬索桥施工过程颤振稳定分析[ J]. 同济大学学报， 2002， 30（ 5）.
[2] 刘高. 增设主梁下风侧翼板抑制悬索桥架设阶段颤振的研究[ J]. 工程力学， 2001， 18（ 5）. [3] 陈水盛.陈宝春.浅谈钢管混凝土拱桥动力特性分析以及方法[J].公路.2001（02） [3] 项海帆， 葛耀君. 现代桥梁抗风理论及其应用[J]. 力学与实践，2007， 29（1）： 1-13.