悬索桥气弹模型设计与试验验证

某人行景观悬索桥抗风性能试验研究许福友，谭岩斌，张哲，陈国芳(大连理工大学土木水利学院，大连 116024)摘 要：通过全桥气弹模型试验对均匀和紊流场、3种风攻角宿迁黄河公园景观桥风振响应性能进行了研究；对风速高度变化修正系数的理论计算值与规范值作了对比，分析其偏差原因。

研究结果表明:地表越粗糙、高度越低，修正系数差值越大；40m高度以上两种结果非常吻合；黄河公园景观桥在三种攻角条件下，都未发现明显的涡激振动，且满足气动稳定要求；即使高风速条件下，抖振位移标准差也有可能高于平均值；均匀和紊流场中位移峰值因子及其比值分别主要分布在区间[2.5，4]和[0.8, 1.2]内；峰值因子与风场、风速、攻角之间基本不存在明确对应关系；本文研究结果对风振理论分析中峰值因子的合理取值提供很好参考。

关键词：人行景观桥；风洞试验；抖振；峰值因子中图分类号：U448.25 文献标识码：A 现代城市交通流量飞速增长，迫使城市交通实现立体化，为保证行人与车辆双方的交通流畅及安全，城市人行桥得到了迅速的发展。

人行桥不仅满足使用功能上的需要，还要向着体现以人为本的设计理念方向发展。

因此往往作为城市标志性建筑而存在。

采用钢材建造的斜拉桥和悬索桥，作为柔性轻逸结构更能给城市增添了活力和点缀，因此受到设计师和行人的青睐。

有些人行桥往往较窄，宽度在5m 左右即可满足通行能力，此时由于人行荷载或风荷载引起的桥梁振动问题可能比较严重，需要采取抑振和减振措施。

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50708012)、高等学校博士点新教师基金(20070141073) 收稿日期:2008-07-122.0Pimentel [1]研究了来自人群行走时竖向荷载引起的人行桥振动，并根据设计要求对其进行评估。

伦敦千禧桥[2]在人行荷载作用下表现为保持平衡状态的竖向、侧向和扭转耦合滚动，被称为“Holland Rotation”（荷兰式滚动）。

Nakamura [3]通过现场实测研究了某人行悬索桥的侧向振动，为振动分析提供了第一手资料。

桥梁结构抗风性能的研究和探讨【摘要】早期建设事的桥梁跨度较小，结构抗风风致振动并未引起设计者的注意，但近些年来随着交通的发展，大跨度桥梁的建设越来越多，桥梁跨度越来越大，由于其跨度较大，风和雨的激振作用很明显和重要。

如果不进行合理的设计，很容易导致桥梁的坍塌，对人民生命和财产造成巨大的损失。

就对桥梁的结构抗风性能（风振）问题进行深入的研究和探讨。

【关键词】：桥梁抗风研究和探讨0引言自1918年起全球至少已有11座悬索桥遭到风毁，其中一个典型的事故是1940年美国塔科马悬索桥在19/m的8级大风下因扭转而发散振动而坍塌，塔科马悬索桥的事故引起了桥梁工程界的震惊。

2020年4月 26日下午14时许，武汉市长江鹦鹉洲大桥发生桥面晃动（世界首座主缆连续的三塔四跨钢板结合梁悬索桥，主跨布置为225+2×850+225m）。

2020年5月5日下午，广东省广州市和东莞市两地之间的虎门大桥悬索桥（主桥全长4588米,包括跨径888米的悬索桥、主跨270米的连续刚构桥。

其中，虎门大桥的大跨径悬索桥是柔性结构，1997年6月9日投入使用。

）发生桥面晃动，振幅较为明显，对行车造成不舒适感。

为保障通行安全，广州和东莞两地交警已采取交通管制措施，对悬索桥双向交通全封闭。

据广州气象局风力数据显示虎门大桥站15-17时，基本都有6-71级大风维持。

据专家分析，是由于沿桥跨边护栏连续设置水马，改变了钢箱梁的气动外形，在特定风环境条件下，产生的桥梁涡振现象。

为减少因大风下扭转而发散振动而桥梁坍塌，引起业内界专家学者的高度重视，加大风对桥梁作用的研究。

1影响桥梁结构原因分析1.1风静力对桥梁结构的影响结构刚度较大时几乎不振动，或结构虽有轻微振动但不显著影响气流经过桥梁的绕流形态，而不影响气流对桥梁的作用力，这种作用力可看作一种静力荷载。

桥梁静力荷载作用下可能发生强度、刚度和稳定性问题。

现行桥梁规程中规定，主要考虑桥梁在侧向风荷载作用下的应力和变形，另外对于升力较大的情况，也需要考虑竖向升力对结构的作用。

大跨刚构桥梁气动弹性试验及分析陈艾荣　项海帆(同济大学土木工程防灾国家重点实验室　上海,200092)摘要　对位于台风袭击地区的大跨预应力混凝土薄壁柔性墩刚架桥,其最大双悬臂状态为在整个施工过程中最不利抗风状态。

本文以一座位于强台风地区的实桥为例,通过对此类桥梁的成桥和施工状态的动力特性的特点、全桥气动弹性模型的设计方法、紊流风场的模拟和风洞试验的介绍,讨论了这种变截面结构桥梁的气动弹性问题,在准定常假定的基础上,给出了此类桥梁的驰振稳定性判别准则和频率域中的抖振分析方法,并同试验结果进行了比较。

关键词:刚架桥;风荷载;气动弹性;弛振;抖振中图分类号:U 44;TU 313收稿日期:1998206202;修改稿收到日期:1999202201大跨预应力混凝土薄壁柔性墩刚架桥一般采用悬臂施工方法建造。

通过对多座已建成的同类桥梁的抗风研究,对位于台风袭击地区的这种桥梁,其最大双悬臂状态为在整个施工过程中最抗风不利状态[1]。

由于预应力混凝土薄壁柔性墩刚架桥为变截面结构,其气动弹性性能,较其它类型的桥梁结构更有其特殊性和复杂性。

本文以广东南澳跨海大桥为例,介绍其全桥气动弹性模型风洞试验方法、截面气动力系数特征、驰振稳定性和抖振响应分析方法。

1　全桥气弹模型的设计和紊流风场的模拟南澳跨海大桥主桥为130m +205m +130m 的预应力混凝土三跨双薄壁墩连续刚构桥,桥面全宽17.1m 。

上部结构采用悬臂浇注方法施工,其最大双悬臂总长202m 。

详细的结构动力特性分析表明:对刚构桥,最不利的振动为第一阶面外的水平振动和第一阶面内竖向弯曲振动。

表1为南澳跨海大桥主桥成桥状态和最大双悬臂状态的动力特性计算结果。

表1　成桥状态与最大双悬臂状态的自振频率 H z 边界条件成桥状态最大双悬臂状态一阶水平侧弯振动一阶竖向振动一阶水平扭摆一阶竖向振动墩底嵌固0.70940.80190.25720.5075墩底弹性支承0.55170.78190.16690.4677可以看出,刚架桥在施工阶段的固有振动频率远远小于成桥状态。

悬索桥的模态以及地震响应谱有限元分析合肥工业大学土木建筑学院吴卓王国体悬索桥是大跨度桥的主要形式，因为其主要杆件受拉力，再传至锚墩，传力途径简洁，由于近代悬索桥的主缆采用高强钢丝，使其能比其他形式更加能经济合理地修建大跨度桥。

目前全世界跨径大于600米的桥，主要都是悬索桥，因为其自重较轻，在刚度满足的情况下，能充分显示出其优越性。

桥梁自振频率与振型主要通过测量跟实验得出，这个就意味着在建成桥梁之前对于桥梁的自振频率以及振型，我们还是不容易求得的，随着有限元软件的发展，对于悬索桥这样大型的复杂的桥梁，我们已经可以通过一些商业软件来计算它的自振频率以及可能的振型了，本文就是通过对于某悬索桥的全桥的有限元模拟得到了固有频率以及模态振型。

地震导致的桥梁破坏，无论在数量还是破坏程度上，都大大超过了其他的动载的作用，日本（1923年关东地震）。

美国（1964年阿拉斯加地震）以及我国（1975年海城地震，1976年唐山地震）的几次地震毁坏了数以百计的桥梁，由于目前的地震的预报还不是很成熟，所以对于桥梁在地震的荷载作用下的响应的研究就变的十分有意义了，本文通过上诉模态的分析得到的桥梁振型以及频率，结合地震荷载，进行了合并计算，得到了桥梁在地震荷载作用下各个方向的位移与时间的关系图，对于抗震设计有一定的参考价值建模过程某大跨度悬索桥，采用简支单跨体系，主跨1138米，主梁搭接在主塔下横梁上，主梁采用封闭流线型扁平钢箱梁，宽37.9米，中心线处梁高3. 6米。

吊杆间距16米，主塔为门式框架混凝土结构，高64米，下横梁以下为变截面，以上为等截面。

整个结构由主梁，主缆，吊杆，刚臂，主塔，钢横梁组成，建立模型如下：建立模型以后，对主梁施加预应力，然后进行模态分析，得到全桥的固有频率以及振型特点如下表一：表一成桥状态动力特性阶次频率（HZ）振型特点阶次频率（HZ）振型特点1 6.51E-02 L-S-1 11 0.25999 主缆横摆2 8.29E-02 纵漂12 0.3004 V-S-33 0.11708 V-A-1 13 0.31748 T-S-14 0.14698 V-S-1 14 0.33828 主缆横摆5 0.19825 V-S-2 15 0.35347 主缆横摆6 0.19826 L-A-1 16 0.36707 主缆横摆7 0.21171 主缆横摆17 0.37424 V-A-38 0.22861 V-A-2 18 0.38325 主缆横摆9 0.23009 主缆横摆19 0.38535 T-A-110 0.25046 主缆横摆20 0.44159 主缆横摆其中，V-A-1表示第一阶反对称竖向弯曲。

风洞实验研究悬索管道桥气弹稳定性摘要：以某工程为例，实验研究了该桥气动弹性稳定性。

试验研究的内容有加劲梁节段模型测力、加劲梁节段模型测振风洞试验以及全桥气弹模型风洞试验，三个试验研究结果表明，该悬索管道桥有着良好的抗风性能。

试验研究是评价悬索管道桥抗风性能的有效手，从而为该类型桥梁的设计和施工提供指导性的意见。

关键词：悬索管道桥；抗风性能；试验研究中图分类号：u448.25文献标识码：a 文章编号：1 引言悬索管道桥结构体系具有适用性好，经济美观的特点，因此运输管道通过河流和山谷时，往往采用架空敷设的形式，悬索管道桥就是一种用来承载石油管道、天然气管、水管等其他管道的跨河跨谷柔索结构。

为了适应经济建设的需要，目前，国内也已建成了许多的悬索管道桥，如吉林市跨松花江输丙稀腈悬索管道桥（跨经506米），渭惠渠悬索管道桥（跨径54m），蚂蟥溪悬索管道桥（主跨200m）等。

悬索管道桥的管道在整个结构中不作为受力构件，只敷设于桥面，荷载通过格构主梁传递到主缆，因此，悬索管道桥具有荷载较小、荷载分布较为均匀、刚度小、自重轻、模态阻尼低等特点，因而风对悬索管道桥的静、动力作用（尤其是动力作用）问题就显得十分突出，因此悬索管道桥的气弹稳定性问题也就成了该类桥梁设计和施工中值得关注的问题。

现有研究表明，悬索管道桥主模态频率很低，其涡振风速一般在1～6m/s之间，因此它是经常性的，并且对桥梁的危害较大[2]2 工程实例某悬索管道桥为一承载天然气管道的单跨悬索桥，主跨240m，桥面宽4.5m，加劲梁上设置了间隔为5米的滚轴支座以支撑天然气管道，滚轴支座设置于加劲梁横梁上，滚轴支座在力学模型上可模拟为对管道横向固定，而纵向放松。

为了保证桥梁的横向抗风稳定性，桥梁两侧设置了跨径220的风缆，成桥状态下风缆和主缆线性均为抛物线形，主缆和风缆矢跨比分别为1/10、1/11，风缆平面与水平面成25º角，加劲梁为桁架格构体系，标准节段长为5m，加劲梁两端在每塔塔底处设置2个竖向拉压支座及2个横向抗风支座。

人行悬索桥静载试验数值仿真分析2.同纳检测认证集团有限公司，上海 200333摘要：本文以某人行悬索桥为例，通过建立桥梁成桥初始平衡状态的有限元模型，对其进行典型工况下的静载试验理论分析。

通过将静载试验结果与理论计算结果进行对比分析、相关性分析，根据荷载试验基本原理对结构实际工作状态做出判定。

结果表明该桥上部结构能够满足设计荷载要求，其强度、刚度具有一定的安全储备，但结构局部连接性能仍有一定的瑕疵。

关键词：人行悬索桥；有限元分析；静载试验；挠度近年，随着国内旅游行业的兴起，人行悬索桥以结构新颖、外形美观以及跨度合理等原因，成为国内景区建设中常用桥型，例如“玻璃桥”“步步惊心桥”等。

该类型桥梁区别于梁桥、拱桥等其它桥梁，表现出显著的几何非线性特征，且在悬索桥结构计算中必须考虑其非线性[1]。

针对一般几何线性桥梁的建模分析，有限元分析已有诸多实际工程应用，其结果往往比较接近真实受力情况。

本文以浙江省某景区某人行悬索桥为例，对该桥建立有限元模型并结合其静载试验内容和结果做出分析。

1 有限元模型建立1.1 桥梁概况该桥为双塔三跨钢结构柔性体系人行悬索桥，主跨为119.5m，主跨主缆垂跨比为1/11.8。

主缆采用双索面布置，每根主缆由5股6×19W+IWRΦ40mm钢芯钢丝绳捆扎而成。

全桥共有104根吊杆，纵向间距均为3m，吊杆选用Φ25mm圆钢，下端通过M24高强双螺母锚固于横梁下端，吊杆上端锚固于索夹处。

主跨主梁采用钢结构，由横梁和纵梁组成。

纵梁上铺设5mm厚冲孔网钢板，桥面板采用5cm厚的防腐木板，边跨主梁亦采用钢结构，结构与中跨相同。

桥梁全宽2.7m，桥面净宽2m。

该桥仅限人行，人群荷载为3.5kN/m2。

主缆安全系数为2.5，锚碇安全系数为2.0。

1.2 模型构建对于该桥的成桥阶段静力分析，主要是依靠Midas Civil有限元模型来完成，建立的有限元模型如图1所示。

全桥共划分为949个单元、588个节点。

一种新式悬索桥索夹的设计与验算发表时间：2016-01-15T11:06:36.557Z 来源：《工程建设标准化》2015年9月供稿作者：刘桂良1 贾光2 郑力2 [导读] 1.大连理工大学建设工程学部，辽宁，大连2.大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司，辽宁，大连悬索桥主缆是其主要的承重构件，作用在桥上的荷载通过吊杆传递到主缆，而吊杆与主缆是通过索夹连接。

刘桂良1 贾光2 郑力2（1.大连理工大学建设工程学部，辽宁，大连，116023）（2.大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司，辽宁，大连，116023）【摘要】某三塔双索面自锚式悬索桥，每个索面采用两根热挤聚乙烯高强度镀锌钢丝成品索。

考虑结构受力、外部景观、施工条件等因素，需要设计一种新型索夹来满足工程要求。

本文结合工程实例，对此新式索夹的构造确定、索夹抗滑安全系数验算及其强度验算进行了详细介绍。

【关键词】悬索桥；索夹设计；索夹强度1．引言悬索桥主缆是其主要的承重构件，作用在桥上的荷载通过吊杆传递到主缆，而吊杆与主缆是通过索夹连接。

因此悬索桥的索夹设计与验算是这种桥型设计的重要组成部分。

本工程因其每个索面双主缆、单吊杆的特殊性，所以索夹的具体形式不同以往，更需要对其的构造、设计进行仔细地分析研究。

2．工程概况某桥为一座设计中的三塔双索面混凝土自锚式悬索桥，采用塔墩固结、塔梁分离的结构。

根据桥位地形条件和三塔自锚式悬索桥的结构特点，跨度布置为47m+90m+90m+ 47m=274m，桥宽30m。

综合考虑桥梁整体刚度、主缆受力、塔高等因素，经分析比较后，主跨的理论垂跨比为1:6.5。

主缆采用对称布置，每个索面横桥向两根主缆，两根主缆中心间距27.5cm。

主缆均采用规格649?7mm的热挤聚乙烯高强镀锌钢丝成品索，钢丝强度为1770Mpa，采用双层PE套防护，冷铸锚锚固体系。

该桥主跨、边跨均设置吊索。

配合主梁两端的划分及长度，主跨设顺桥向间距5.4m的15组吊点，边跨设顺桥向间距5.4m的6组吊点。

桥梁抗风的常见措施及定性分析摘要：首先，分析缆索支撑体系桥梁主要构件风致振动的现象和本质，提出了抗风措施。

其次，以1 400 m主跨的悬索桥、斜拉桥以及吊拉组合体系桥等缆索支承桥梁的主要结构型式为例，采用三维非线性抗风分析方法，进行了动力特性、空气静力和动力稳定性的分析和比较。

最后，介绍桥梁基本结构的抗风性能分析，并以连续刚构桥和斜拉桥为重点介绍了最新的研究成果，提出桥梁抗风研究方面存在的几个薄弱点。

关键词：桥梁抗风；风压；风振；措施；定性分析1研究桥梁抗风的必要性随着我国国民经济的迅速发展，对公路交通事业提出更高的要求，在宽阔的海域和水深河宽的大江大河，跨越能力大的缆索支撑体系桥梁(包括悬索桥和斜拉桥)将成为首先被考虑的桥型。

纵观悬索桥的发展历史，可以认为其起源于中国，成熟于美国，革新于英国，进步在13本，普及在中国。

目前被公认为跨越能力最大的桥型，1998年建成的明石海峡大桥其主跨已达到1 991 m．斜拉桥在200～500 In跨度内与悬索桥相比有一定的竞争优越性。

早期的斜拉桥由于计算方法和手段不能满足要求，材料松弛、拉索锚固困难、张拉不足等原因长期未能得到发展，索面体系仅限于稀索。

近年来由于计算理论的发展，新材料的开发配合，施工技术的进步为斜拉桥的发展创造了一定的有利条件。

但在风力作用下，大跨度悬索桥和斜拉桥容易生变形和振动。

1940年主跨853 m的美国塔科马在仅有19 m／s的风速下，发生毁桥事故。

斜拉桥方面，日本石狩河口桥和加拿大的Hawkshaw(Longsreek)桥等相继因风振导致加固。

因此，大型缆索体桥梁的抗风稳定性研究应引起足够的重视。

2大跨度缆索支撑体系的风振现象2．1主梁体的风振目前，大跨缆索支撑体系梁桥主梁一般采用扁平截面，由于其本身的抗扭刚度比较大，产生扭转发散振动所需的风速也较高。

涡振发振风速较低，发生频率较高，容易使结构物产生疲劳、行车障碍以及诱发过桥者的不安全感，通过增大结构刚度来防止发生涡振是比较困难的。

超大跨径自锚式悬索桥全桥模型试验测试方法研究摘要：依据桃花峪黄河大桥主桥1/30比例的全桥模型试验，针对超大跨径自锚式悬索桥主缆张拉方法设计、吊索张拉方法设计、力的测试系统设计和位移测试系统设计进行了研究，以便为今后国内外同类桥梁的设计和施工提供可借鉴的结论。

关键词：自锚式悬索桥；全桥模型试验；超大跨径；测试方法近年来，国内外修建了一些自锚式悬索桥并进行了相关的模型试验研究，获得了不少有益成果，但是多针对跨径不大的自锚式悬索桥，而对于大跨径的自锚式悬索桥的模型试验研究则比较少。

目前，正在建设的桃花峪黄河大桥结构新颖、体系复杂，其具有主桥跨径大（主跨406m，在同类型桥梁中世界第一）、桥面宽（箱梁宽度达39m）、设计荷载等级高（是国内公路桥梁最大标准荷载的1.3倍）等特点，且国内外对于此类桥梁无论在设计还是在施工方面均无十分成熟的经验可以借鉴，因此对这种超大跨径、宽桥面、高设计荷载的超大跨径自锚式悬索桥进行全桥模型试验测试方法研究是十分必要的。

1依托项目介绍桃花峪黄河大桥主桥为双塔三跨自锚式悬索桥，主缆孔跨布置为160m+406m+160m，中跨矢跨比1/5.8。

主梁采用整体钢箱梁断面形式，全长为737.43m（包括主缆锚固段）。

主桥横向设置2%横坡，桥面系宽33m（不含布索区）。

工程设计按双向六车道高速公路建设，设计速度100km/h，设计荷载等级为公路－Ⅰ级×1.3，其桥梁效果见图如1。

图1桃花峪黄河大桥效果图2全桥模型试验简介桃花峪黄河大桥全桥模型试验为了得到比较理想的试验数据，在综合考虑试验内容、模型材料、制作精度及试验场地基础上，选定全桥模型的几何缩尺比为1/30。

模型各部分（除桥塔外）均采用相应与原型相同弹性模量和泊松比的材料，原桥塔柱材质为钢筋混凝土，模型桥塔采用钢结构。

在模型试验时，为弥补材料容重不足所产生的影响，采用了恒载补偿的办法，在综合考虑了模型承载能力与试验条件等因素的情况下，选定力的缩尺比为1/1。

大跨度地锚式悬索桥模型设计制作与试验檀永刚;冯琳琳【摘要】以大连南部滨海大道工程主桥主跨径为460 m的悬索桥为工程背景,基于相似性原理,采用铝合金、细钢丝、细钢丝绳、锚枪、铆钉、方钢管等材料和工具加工制作了1∶50的全桥模型.本模型铝合金杆件之间采用铆钉连接,弥补了以往焊接方法时工艺复杂的缺点,引入相似调整系数这一概念,解决了大缩尺模型配重大、加载困难的问题.静力加载试验结果表明,铆钉连接是可靠的,引入相似调整系数是合理的,该模型的成功制作完成将为后续试验提供基础,并将为实桥的施工提供可靠的实验依据.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2013(034)005【总页数】5页(P80-84)【关键词】悬索桥模型;铆钉连接;相似调整系数;静力加载试验【作者】檀永刚;冯琳琳【作者单位】大连理工大学桥隧研发基地,辽宁大连116024;大连理工大学桥隧研发基地,辽宁大连116024【正文语种】中文0 引言桥梁结构模型试验研究是桥梁工程师和桥梁科技工作者借以确定或探索复杂结构受力状态的重要手段之一.早在1846年，英国罗伯特、斯坦福森等人为修建不列颠桥设计进行了1∶6的桥梁结构模型试验，之后他又对一座管形结构铁路桥做了模型试验［1］.我国从50、60年代起，逐渐开始了桥梁模型试验的研究.潘家英等人对宁波大桥进行了1∶44的模型试验，采用有机玻璃制作了模型，对模型进行了空间受力加载试验［1］.有机玻璃是桥梁模型的常用材料，具有弹性模量低、易于切割、粘结等优点，但是当模型尺寸较大，构件截面形状复杂时，较难加工.模型的配重较大时，构件之间的粘结强度难以满足模型的整体稳定，另外其材料性能易受温度变化影响、荷载变形的时间效应明显、泊松比与钢梁不一致等缺点对模型试验也有影响.模型杆件之间采用铝焊接材料连接，焊接过程复杂，需要时刻注意每个细节，焊接温度、火焰位置等稍有疏忽，就会使杆件由于过热发生变形降低铝合金母材的强度，而且焊接的检查和修补也比较麻烦，对制作人员存在一定的安全隐患.本文采用铝合金为主要材料制作大跨度桥梁模型，各杆件之间采用铆钉连接，引入了相似调整系数a，验证相似调整系数能否解决有限条件下大缩尺比模型配重大加载困难的问题.以主跨径为460m的大连南部滨海大道主桥为工程背景，利用铝合金、锚枪、铆钉、细钢丝、钢丝绳、方钢管、吊耳等材料加工制作了1∶50的全桥模型，引入相似调整系数，进行了静载实验，运用有限元软件ANSYS和MADAS进行了数值分析，将理论值与实测值进行比较，验证了模型设计参数的正确性和模型的可用性.1 工程概况大连市南部滨海大道主桥为180m+460m+180m的双塔三跨双层钢桁架梁地锚式悬索桥.实桥主要构件结构如下:主梁为双层钢桁架结构，桥宽24.8m，主梁纵坡为1.5%，竖曲线半径7 800m.钢桁架加劲梁包括钢桁架和正交异性板钢桥面板两部分.钢桁架由主桁架、横梁和上、下平联组成，主桁架包括上、下弦杆、竖腹杆、斜腹杆.正交异性钢桥面板与主桁架共同参与受力.主索由多股平行钢丝成品索组成，中跨和边跨主缆的成桥线形均为二次抛物线，中跨主缆矢跨比为1/6.67，边跨主缆矢跨比为1/16.67，主缆横桥向间距为25.2m，吊杆间距为10m，全桥共有79对吊杆.桥塔为钢筋混凝土“门”式框架结构，由塔柱和上、下横梁组成.锚锭采用空腹三角形框架结构形式.索鞍有主索鞍和散索鞍两种，主索鞍设于塔顶处将主缆的荷载传递给桥塔，散索鞍使构成主缆许多钢丝束绳股在水平向及竖直向分散开.2 模型的相似设计缩尺比例和模型材料是型设计的两个重要参数.此桥属于大跨度结构，即使模型的比例选取较小，模型的整体尺寸也很大，考虑实验室的空间、加载设备、桥梁实际情况、试验目的等因素，选取了模型的几何缩尺比1∶50.原型跨径布置为180m+460m+180m，则缩尺后模型的跨径为4.6m+9.2m+4.6m.节段长20 cm，全长16.4m，忽略纵坡［2-4］.模型材料的选取是模型设计的第二个重点.钢材、有机玻璃、铝合金是模型主梁比较常用的三种材料.在此缩尺比的条件下，采用实桥的钢材料作为模型材料加工困难.首先钢材的弹性模量高，模型需要较大配重，对试验设备要求比较高，另外，钢材质地坚硬，不易加工，杆件之间的连接较难实现，会消耗大量的时间.如果采用有机玻璃，根据下面相似准则计算:式中，Ce=Ep/Em=3为模型的材料缩尺比例，Cl=1/50为模型的几何缩尺比例，a=1/5为引入的相似调整系数，即将桁架梁模型的轴向刚度EA和抗弯刚度EI同时缩小了5倍.计算出的模型上下弦杆的截面尺寸为41 mm×41 mm×8 mm的直角形截面或40 mm×20 mm的矩形截面，有机玻璃制作成直角的截面形状比较困难，且有机玻璃之间采用胶粘结，模型的补偿重有2 t，模型易发生破坏，20 mm厚的有机玻璃不易于切割，另外考虑到有机玻璃易受温度变化影响、荷载变形的时间效应明显、泊松比与钢梁不一致等缺点，本模型采用铝合金制作.铝合金弹模适中，泊松比0.33与实桥钢材的泊松比0.31非常接近，且性能稳定，加工精度高，便于反复拆装，可以按受力状况最合理的尺寸设计截面，材料容易购买、加工、制造复杂的外形.本模型的相似关系及相似比归纳如表1.表1 缩尺模型相似关系和相似比汇总表参数物理量相似关系主桁桥塔主缆及吊杆应力σ λσ=λE 3 1/21材料特性应变ε λε=1 1 1 1弹性模量E λE 3 1/2 1泊松比μ – 1 1 1容重γ λγ =aλE/λ30 5 10长度L λ 1/50 1/50 1/几何特性50线位移δ λ 1/50 1/50 1/50角位移φ λ 1/50 1/50 1/50截面面积A λA=λ2 1/5021/502 1/502截面抗弯模量W λW=λ3 1/503 1/503 1/503截面惯性矩I λI=λ41/504 1/504 1/504 EA λEA=aλEλ2 3/502/5 1/502/2/5 1/502/5刚度特性/5荷载特性集中荷载P λP=aλEλ2 3/502/5 1/502/2/5 1/502/5 EI λEI=aλEλ43/504/5 1/504/2/5 1/504/5 EW λEW=aλEλ3 3/503/5 1/503/2/5 1/503弯矩m λM=aλEλ3 3/503/5 1/503/2/5 1/503/52.1 主梁模型主梁钢桁架的外观形式按实桥缩尺比得到，选用铝合金制作.模型标准截断长度为0.2m，宽度为0.492m，高度为0.213m.各杆件之间均铆钉连接，如图1所示.图1 主桁架梁段平面图由式(1)、(2)换算得到截面积和惯性矩都相似的模型主梁各个弦杆的面积尺寸，结合计算结果和市场上材料的规格选定具体尺寸，以下各构件尺寸均为现有市场上最接近理论计算的规格，其相似偏差控制在容许范围内.主桁各杆件及选用规格如下:上弦杆25 mm×15 mm×2 mm;下弦杆25 mm×15 mm×2 mm;架竖杆10mm×mm10×0.8 mm;斜杆10 mm×10 mm×0.8 mm;平联10 mm×10mm×0.8 mm;横梁10 mm×10 mm×0.8 mm.桥面系分为上层和下层两种，选用3mm厚铝板，上层桥面铝板长度均为490mm，下层桥面均为 465 mm;宽度选 399、199、279、259 mm 四种，铝板对应数量为 38、2、1、2 块.根据密度相似比和ANSYS模型计算出的主梁自重补偿为130 kg/m，模型全桥长16.4m，去除铝合金主梁的重量，模型配重为2.0 t，汽车活载加载重量为0.22 t，选用钢板加载，根据模型主梁宽度设计出各工况下钢板规格，如表2所示.表2 模型加载配重表/t恒载主桁上层工况钢材规格/mm 数量/块总重460×398×8 82 0.94汽车活载488×398×8 82 1主桁下层430×398×4 41 0.22 2.2 桥塔设计实桥的桥塔为混凝土，模型的桥塔选用铝合金材料制作，其几何尺寸按照相似原则进行设计.塔高为2.131m，塔柱的结构形式为格构式轴心受压构件，桥塔截面为变截面形式，每个桥塔设上下两个横梁将塔柱相连.塔底与12 mm厚的钢板连接，再将钢板通过膨胀螺栓固结在地面上，如图2所示.模型主索塔截面设计时，按塔柱纵向截面长度几何相似确定的模型截面长度，保证模型横向EI、EA与原型满足相似比;横梁按截面高度几何相似确定的模型截面高度，保证模型横梁EI与原型满足相似比.塔柱竖向构件采用角铝，横缀件为角铝，斜缀件为铝条，其理论截面面积和惯性矩按相似比计算，最终肢件选用截面尺寸如表3. 图2 桥塔总图表3 桥塔各杆件选用规格/mm塔柱竖向构件角铝杆件名称截面类型截面尺寸20×20×2塔柱横撑角铝20×20×2塔柱斜撑铝条10×1塔柱横梁肢件角铝20×20×2塔柱横梁竖撑角铝20×20×2塔柱横梁斜撑铝条10×12.3 主缆、吊索主缆采用高强钢丝，吊杆采用钢丝绳制作.模型索材质与原型相同，弹性模量比为1.每个索0.16 t的附加重考虑在桁架梁上，用钢板配重.(1)主缆的制作对于悬索桥而言，模型必须正确模拟原型主缆的轴向刚度.对各段主缆长度应综合考虑模型的制作误差，对照空缆线形，进行反复确认，在其上定位出索夹位置［5］.模型主缆截面各参数如下:单丝直径0.7 mm;单丝断面积0.385 mm2;单缆股数33;单缆净面积12.693 mm2;单缆单位重量0.977 N/m.(2)吊索吊索的设计主要考虑索的轴向刚度，全桥共有79对吊索，吊索用直径为1.2 mm 的钢丝绳制作，安装位置与实桥相对应.吊杆一端设计加工成带有可微调长度的螺纹，可调长度为上下各2 cm［6］.2.4 索鞍的制作主索鞍位于索塔顶，用于固定主缆、将主缆力传递到桥塔上，索鞍圆弧段严格根据缩尺比设计，选用白钢制作，并通过机械加工成所要尺寸.鞍座选用150 mm×100 mm×3 mm)的钢材制作，索鞍各个部分的尺寸如图3所示.图3 模型索鞍设计图2.5 锚箱、锚头悬索桥施工过程中，需要根据塔偏进行索鞍顶推施工.在本模型中，模型索鞍纵桥向两边各留有2 cm的调节量，并安装长螺栓，通过调整螺栓杆长来模拟索鞍的顶推.本模型锚箱底座由四根槽钢组成，并用膨胀螺栓与地面固结，由7 mm的钢板锚固主缆，选用60 mm×120 mm×4 mm的方钢管承压，并在端部制作散索鞍，用同样规格的方钢管斜向支撑以提高抗拔力及稳定性.整个构件之间均用焊接连接.锚箱符合抗拔要求.主缆在钢板上的连接均采用钢螺杆，调节螺杆的露出量即可实现调索.为简化模型的设计，在模型中并未进行散索区段的模拟，锚头主要用直径为12 mm的钢螺杆制作，将捆扎好的主缆穿过铜钢管及锚头，穿回钢管，并夹紧，最后在铜钢管中灌入AB胶填满管内空隙.通过验算，锚头符合抗拉强度要求.3 实验结果验证试验工况分为:二期+汽车均布茶载及二期+影响线最不利轴力加载两种，加载规格均为430 mm×398 mm×4 mm，第一种工况加载数量为41块.第二个工况按影响线加载，其钢板的加载数量和位置按计算所得的最不利加载区间确定.模型试验［6-9］时，分别在跨中截面，中跨1/4截面，边跨跨中截面共5个截面布置5个百分表，在恒载加均布汽车活载的工况下测试主桁下弦跨中142号节点、左右1/4处的128及156号节点位移.利用MIDAS和ANSYS，建立了有限元计算模型，计算出各种实验情况下的理论值［7-10］，如表4所示.表4 各测点竖向位移值 mm工况测点位置实测值理论值校核系数142号二期+汽车均布荷载2.00 2.16 0.93 10号轴力最不利加载 10号 1.48 1.45 1.02 31号轴力最不利加载 31号4.08 4.29 0.95 128号 2.02 2.16 0.94 156号2.27 2.18 1.04 从结果可以看出，校核系数在0.93～0.95之间，实测值与理论值基本吻合，结构的反应趋势正确，初步试验数据证明此次模型建立成功.4 结论(1)制作大缩尺模型时，采用铝合金材料能够设计出方便购买、易于加工的杆件截面尺寸;(2)杆件之间的连接采用铆钉连接，加工安全、方便、简单，连接牢固可靠;(3)引入a=1/5这一相似调整系数大大解决了模型配重大加载困难的问题，值得其他大缩尺模型模型设计时加以参考;(4)模型主缆采用与原型桥材质相同的细钢丝，细钢丝受力更加均匀，钢丝编成索股后缝隙小，且受力后延伸率小，更加真实的模拟原桥主缆的特点.吊杆采用钢丝绳，强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断，工作可靠;(5)桥梁模型设计时，桥塔的自重补偿对模型的竖向的位移影响很小，可以忽略. 参考文献:［1］周梦波.悬索桥手册［M］.北京:人民交通出版社，2003:329-386.［2］万晓明，檀永刚.大连市星海湾一号桥模型设计与制作［J］.北方交通，2009(8):61-63.［3］孙宗光，石健，栗燕娜.面向健康诊断的悬索桥试验模型与分析［J］.工程力学，2008，25(1):194.［4］冯剑.矮寨特大悬索桥缩尺模型设计研究［M］.武汉:武汉理工大学出版社，2004:8-37.［5］严小于，沈锐利，唐茂林，等.基于可靠度理论的悬索桥主缆线形控制参数研究［J］.建筑科学与工程学报，2010，27(3):47-52.［6］姜军，孙胜江.悬索桥索夹安装位置及吊索下料长度计算［J］.公路，2007(8):63-67.［7］詹胜，徐幼麟，洪小健，等.结构健康监测用的大跨度悬索桥模型研制［C］.第十八届全国工程学术会议，2009:576-582.［8］孙昊，钱永久，张方.基于静载实验钢桁梁悬索桥承载能力评估分析［J］.实验力学，2009，24(4):334-341.［9］崔玉章.悬索桥非线性有限元静力分析［J］.总裁，2009(6):217.［10］王旭东.基于静力试验荷载的自锚式悬索桥受力分析［J］.黑龙江科技信息，2012(12):274-275.。

悬索桥上部结构的施工检测讨论摘要：山区悬索桥梁工程，其建设难度很大。

本文通过对几个重要实测项目检测技术实践情况进行讨论，论述了悬索桥上部结构的施工过程、检测方法和目的，为更好的把握最佳检测时机，运用合理检测技术，对工程质量进行客观评定提供依据。

关键词：悬索桥,上部结构,施工检测1.上部结构施工检测技术对悬索桥上部结构进行全过程的质量检测是检评工作的主要内容和成功的关键。

在完成锚锭、索塔施工后即按下述流程施工桥跨结构:安装索塔塔顶吊机→架设施工牵引系统→安装猫道→安装索鞍→架设主缆→安装索夹和吊索→吊装钢桁架加劲梁→施工桥面和主缆防护。

根据上述施工流程、点及其施工阶段结构受力征，其施工过程分为两个阶段:一是主缆架设阶段，即从裸塔开始至成缆(空缆)阶段;二是钢桁架加劲梁吊装架设阶段，即从空缆状态开始至成桥阶段。

其实测项目随各施工阶段控制目标的不同而异。

结合某大桥的特点，重点介绍上部结构制造安装过程中表面涂层厚度、主缆空隙率、锚跨索股张力及钢桁架加劲梁检测技术的实践情况。

1.1表面涂层厚度检测主缆、吊索、鞍座及加劲梁的防腐涂装，是悬索桥施工的重要步骤，也是延长悬索桥使用寿命的重要措施，对于主缆尤其重要。

吊索也可以更换，钢桁加劲梁可以局部维修甚至更换，但主缆、鞍座却不能。

某大桥工程区域由于空气湿度大可能产生腐蚀，对结构的防腐非常不利，结构的表面防腐涂层厚度应予以充分的重视。

大桥对于主缆和加劲梁的防腐涂装设计均采用重防腐涂料系统，并在锚室内采用除湿系统以防止锚室内裸露的索股腐蚀。

结合大桥的点，主缆锚头、鞍座的涂层厚度作为检测的重要指标，吊索、钢桁加劲梁的涂层厚度作为参考指标未列入评定范围。

主缆锚头、鞍座的涂层厚度检测方法及要求如下:(1)检测时间。

采用套筒式热铸锚，加工完后进行热镀锌处理;鞍槽加工完成后，内表面进行喷锌处理;索股和鞍座安装之前进行涂层厚度检测。

(2)检测方法。

采用磁性覆层测厚仪进行测试，精度达1μm。