桥梁建设应充分考虑的影响

  • 来源:建筑网   2020-03-26 16:28
摘要:

抗风设计的风荷载,由于空气的流动和结构之间的相互作用,比起其他荷载更为复杂,不确定性更多。做抗风设计的时候,要根据风洞模型试验,考察桥梁的特性,取得一些必要参数,为设计工程师提供依据,因而风洞试验是很重要的方面。西南交通大学风工程试验研究中心是国内桥梁抗风的主要咨询研究单位,有二十多年的历史,设备比较齐备,比较先进,这里有全国乃至世界最大的风洞实验室。大跨度桥梁的抗风研究必不可少,进行大跨度桥梁的风洞试验要求风洞尺寸大。这几十年来,国内大部分重要的桥梁风洞试验我们这里都有涉及。

廖海黎:从技术上看,风对桥梁的稳定性是有影响的,包括动力及静力的问题。任何结构设计都有荷载的考虑,就如同车辆有车辆的荷载一样,风也是桥梁的一种主要的荷载,它主要作用在桥梁的主梁上,当然有些大跨度桥,包括桥塔、缆索结构也都是承载风荷载的构件。风对桥梁的影响主要还是在大跨度桥梁上,比如悬索桥、斜拉桥等桥型,现在有一些拱桥、梁桥跨度也做得很大,也可以归类到大跨度桥的范畴。桥梁跨度一大,结构受风荷载的作用就比较突出。风的作用会引起振动,就是风致振动。风的作用还会使结构丧失稳定性,因此设计上要使结构能够抵抗风荷载的作用。对于大跨度桥而言,风的动力作用更加突出,在设计大跨度桥梁时,抗风设计是很重要的一个环节。
抗风设计的风荷载,由于空气的流动和结构之间的相互作用,比起其他荷载更为复杂,不确定性更多。做抗风设计的时候,要根据风洞模型试验,考察桥梁的特性,取得一些必要参数,为设计工程师提供依据,因而风洞试验是很重要的方面。西南交通大学风工程试验研究中心是国内桥梁抗风的主要咨询研究单位,有二十多年的历史,设备比较齐备,比较先进,这里有全国乃至世界最大的风洞实验室。大跨度桥梁的抗风研究必不可少,进行大跨度桥梁的风洞试验要求风洞尺寸大。这几十年来,国内大部分重要的桥梁风洞试验我们这里都有涉及。
记者:目前我国桥梁风工程的研究处于什么水平,未来的桥梁风工程研究方向是怎样的?
廖海黎:从这门学科技术来说,过去二三十年我们主要是在追赶国外先进水平。这些年,我们国家大跨度桥发展很快,从桥梁的设计、施工到管理已经达到国际先进水平。我国桥梁抗风研究与桥梁技术的发展是同步的,目前可以说,在桥梁抗风研究方面,我们也是处于国际先进水平的。目前我们的工程实践机会多,抗风研究相应有较大需求,同时国家也很重视,因而相关的人才队伍也逐渐锻炼培养出来了。近些年与桥梁风工程有关的国际会议上,中国代表特别多,扮演着主角。
桥梁工程建设的需求来说,超大跨度桥梁、跨海桥梁,依然面临抗风方面的难题。同时,交通建设向山区发展,山区桥梁抗风也有很多需要解决的问题。可以说,未来桥梁抗风研究主要还是集中在超大跨度桥梁、跨海桥梁、山区桥梁上。
记者:结构风工程与桥梁风工程有什么区别?
廖海黎:结构风工程是风工程的主要组成部分。桥梁、高层建筑、高压电塔等都是结构风工程研究的对象。桥梁是结构的一个类型,从结构风工程里分出桥梁风工程这个分支,是因为桥梁抗风面临一些特殊问题,譬如颤振、静力发散、桥上行车安全等。
忽视抗风设计及研究带来的教训还是比较多的,甚至有大桥直接受风作用而垮塌的例子。1940年11月7日,刚刚通车四个月的美国塔科马海峡大桥,由于风引起桥梁的振动,发生动力失稳,最终坍塌。在国内,因为风引起的桥梁垮塌事故还未见报道。但是风引起的事故不仅是垮塌,比如风振也会影响桥梁的使用。风引起的振动,可能是主梁的振动,也可能是斜拉索振动,吊杆振动,这些振动不一定会导致桥梁垮塌,但是会严重影响桥梁运行的安全及人的感受。风引起桥梁振动的情况在国内还是发生了若干起,这些主要是由于重视程度不够,或是认识水平不够。不论是业主、设计工程师,或是科研单位,都应重视桥梁抗风问题。
记者:在桥梁设计施工管养的各个阶段如何考虑风的影响?
廖海黎:避免因为风出事故,主要还是在设计阶段。
桥梁设计工程师,应该具备一定的桥梁抗风知识,在设计时要充分考虑风对桥梁的影响。施工阶段,在桥梁架设过程中也比较容易发生抗风方面的问题。比如斜拉桥悬臂架设时,结构处于不太稳定的阶段,一定要重视风对结构的影响。一般情况,施工单位容易忽视风对桥梁施工的影响,这会给一些事故的发生留下隐患。施工时,各种状况变数多,桥梁构件气动外形稍微有改变,可能对桥梁的抗风性能产生很大影响。我经常去桥梁施工现场,可以看到,桥上多增加一点东西,比如临时的构件、机具,就会对抗风有明显影响。这时候施工单位要特别谨慎,不要与桥梁原来做设计和试验时的状态有很大偏离。管养这块,有一些桥有减震措施,比如在桥上装阻尼器。养护单位要加强对这些装置的维护。
记者:桥型不同,桥对风的感受也不一样?
廖海黎:如果要从抗风稳定性,颤振来说,风对悬索桥的影响肯定要严峻一些,斜拉桥要好一些。其他方面就不一定,比如风也有可能使连续梁桥产生其他形式的风振。前些年有钢箱连续梁桥因为风的影响而发生了涡激振动。风对桥梁的影响,跟桥梁(主梁)外形关联较大,比如悬索桥和斜拉桥采用得比较多的流线型钢箱梁,发生风致振动的危害就小一些。而如果外形钝一些,在气流的作用下就容易产生涡激振动。
记者:沪通长江大桥是主跨1092米的世界第一公铁两用桥,即将开建的杨泗港长江大桥主跨也达到1700米,这两座世界级大桥在抗风方面又有何考虑?
廖海黎:沪通长江大桥的抗风试验是在西南交大做的。沪通桥作为一座公铁桥梁,它的刚度比普通公路桥更大,而刚度大抗风性能也要好一些,同等跨度的公路桥受风的影响要严峻得多。所以我们做沪通桥的抗风试验,不像许多公路桥那样遇到很多棘手的问题。沪通桥的桁梁风阻系数比钢箱梁要大,大风作用横向位移等因素引起列车行驶的平稳性需要重视。做沪通桥风洞试验的时候,何华武院士非常重视桥梁的变位对车辆运行的影响。
桥梁所处的地理位置不同,也使得受风的影响不同。同样一座桥,放在舟山和放在武汉,结果是不一样的。杨泗港长江大桥是一座主跨1700米的悬索桥,一跨过江。一开始,起初有人认为武汉风不如沿海那么大,桥梁抗风绝无问题。

本文介绍了关于“桥梁建设应充分考虑的影响”的内容。欢迎登陆建筑网,查询更多相关信息。