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2021年5月31日 星期

横跨大渡河的“川藏第一桥”如何在峡谷“12级台风”中屹立?



  雅康高速泸定大渡河大桥,首次采用铰接式耗能型中央扣

  近日,深圳355米高的赛格大厦连续发生晃动,有专家指出,可能是刮风引发大楼产生共振(涡振)。去年广东虎门大桥悬索桥发生桥面晃动,也是由涡振现象引起的。事件也再次引发人们对“风致振动与高层建筑”的关注:风力如何引起高层建筑振动?

  被称为“川藏第一桥”的雅康高速泸定大渡河大桥横跨大渡河,在峡谷紊乱的风场中经受相当于12级台风的瞬间风速。该桥主跨长达1100米、索塔高达188米,桥塔顶至水面高差达364米。该桥迄今已是通车运营第3个年头,在经常狂风大作的西部山区,如何确保大桥稳稳屹立?记者就此专访了四川省公路规划勘察设计研究院。

  颤振和涡振:

  桥梁安全两大“杀手”

  参与研究的公司董事、副总经理蒋劲松从事桥梁设计30余年,曾任公司桥梁勘察设计分院总工程师。他向记者介绍,抗风设计主要运用于悬索桥和斜拉桥这样的大跨度、相对柔性的桥梁。风力作用下产生的风致振动——如颤振和涡振,则是影响桥梁结构安全的两大“杀手”。

  颤振是大跨度桥梁在极端风速下可能出现的一种风致振动现象。在风场作用下,桥梁结构的振动行为与周围风场的变化形成耦合,作为空间结构的桥梁系统,从流动的空气中不断吸收能量,从而出现发散性自激振动。

  颤振问题一直都是桥梁风工程研究的焦点。这种不收敛的振动,是桥梁结构风致振动中最危险的振动形式。涡振则是大跨度桥梁在低风速下容易出现的一种风致振动现象。在风场作用下,当空气绕流桥梁构件后,交替脱落的涡旋引起桥梁振动。由于涡振属于较低风速区内的有限振幅振动,并非发散性振动,虽然对结构的安全影响较小,但是振动产生的不舒适感可能影响桥上车辆的行驶安全。

  试验了几十种措施

  终于找到抗风三大“法宝”

  蒋劲松告诉记者,与海面上的风几乎平吹不同,大渡河峡谷之中气象多变、风场紊乱,瞬间风速能达到32.6米/秒,相当于12级台风风速。受复杂地形地貌影响,桥址区易出现大风攻角来流,也就是说风的来流方向与桥梁横断面所夹角度大。桥位处的来流主要是两岸雪山和谷底之间的温差形成的山风,山风大部分均是从上往下流动,从而使得桥位处的风攻角以负攻角居多。

  相关研究课题从2012年开始启动。在确定实际结构发生涡振的可能性较低之后,设计人员将主要精力投向防颤振,试验了几十种措施,最后组合了试验验证最优的方案,运用气动措施、结构措施和机械措施三大“法宝”。

  蒋劲松表示,其中最可靠的措施便是气动措施。泸定大渡河桥的设计采用了部分封闭中央开槽,并在桥面板中央上、下侧设置稳定板,进行气动优化。同时,还在侧向风较大的区域防撞护栏上方设置了防风屏障,以保证桥上行车的安全性和舒适性。

  在结构措施方面,泸定大渡河大桥首次采用了铰接式耗能型中央扣,限制主梁和主缆纵向错位,提高结构的扭转刚度,从而提高桥梁抗颤振性能,达到抗风目的。同时,防屈曲支撑的中央扣,又能在强烈地震中首先“屈服”,杆件退出工作,减少反作用力,从而保护主梁不被破坏。

  所谓机械措施,则是安装辅助装置增大结构阻尼,或在结构上附加一定质量的重物来提高结构的气动稳定性,从而降低风振响应。泸定大渡河大桥则是在主梁两端各安置了两个粘滞阻尼器,当油通过节流孔时产生节流阻力,等于给桥梁装上了“安全气囊”。

  公司桥梁勘察设计分院副总工程师陶齐宇告诉记者,常规风攻角作用下,大于90m/s的风速才可能引起泸定大渡河大桥的颤振。但目前看来,桥址现场还达不到其颤振临界风速。

  成都商报-红星新闻记者 严丹