52监测网专家报告分享-第66期

大跨度斜拉桥运营期拉索振动响应监测与控制

湖南大学土木工程学院桥梁系

风工程与桥梁工程湖南省重点实验室

刘志文、陈政清、沈静思、李书琼、 杨超、王亚飞

专家介绍

风工程与桥梁工程湖南省重点实验室2006年12月批建，2010年1月通过验收。已经成为以桥梁风工程、建筑风工程、结构减振新技术和桥梁新结构新技术的基础与应用研究为特色的国内一流的高水平实验室，特别是在桥梁工程和结构减振研究领域产生了重要影响。

主要研究方向： （1）桥梁风工程研究 （2）建筑风工程研究 （3）结构减振新技术研究 （4）大跨及新型桥梁结构理论与应用 （5）桥梁结构新型材料开发与应用研究

网址：桥梁实验室 http://hnubridge.com

风工程试验研究中心 http://www.windlab.org

报告目录

1. 研究背景

2. 拉索运营期风致振动响应监测与分析

3. 拉索风致振动气动控制措施研究

4. 主要结论

内容简介

内容简介

1. 研究背景 

大跨度斜拉桥拉索质量轻、阻尼比低，在运营期容易发生较为明显的 风致振动现象。 

（1）风雨振动：在特定条件下（风速、风向和雨量） 拉索发生大幅振动； 

（2）涡激振动：在常遇风速下（无降雨）拉索发生的高频小幅振动现象。 国内外多座斜拉桥观测到了拉索高阶涡振的现象。 

                                      图1-1 苏通长江公路大桥(L=1088m, 2008)                                     图1-2 嘉鱼长江公路大桥(L=920m, 2019) 

1991年通车几年内，发生过多次拉索风雨振现象，风速13~18m/s，最 大振幅约为1.5m； 

1998年3月、4月RWDI公司对该桥进行拉索振动实测研究时，观测到两 次较为明显的风雨振现象，风速为8.9~13.3m/s，最大振幅约为 1.2~1.5m，振动频率约为0.9~2.0Hz. 

观测到拉索的涡激振动，拉索振幅明显低于风雨振振幅，振动模态较高， 分别为8、9阶

国内、外部分斜拉桥发生拉索高阶振动汇总 

 部分大跨度斜拉桥拉索振动控制措施 

二、拉索运营期风致振动响应监测与分析 

3. 拉索风致振动气动控制措施研究 

 研究现状        

拉索风致振动机理与控制措施研究文献表明，拉索风致振动控制的重点是拉索 风雨振，近年来拉索干索驰振、尾流驰振、高阶涡振等逐渐受到关注。 

 工程实践     

气动措施（表面凹坑、螺旋线）+阻尼器+结构措施（辅助索）。 

设计理念：气动措施控制拉索风雨振，附加阻尼器作为阻尼提供措施，冗余性设计。 

3.1 横向风作用下水平拉索节段模型试验研究 

 拉索节段模型涡振试验 

 试验模型      模型A为表面凹坑模型（苏通大桥实桥拉索）；模型B为表面光滑拉索 +14倍螺距的2mm线径螺旋线模型。 

3.2 横向风作用下倾斜拉索节段模型涡振试验研究        

根据3.1研究成果可知，当风垂直于拉索且拉索水平放置时，采用直径为 d=10mm、P=12D的双螺旋线、三螺旋线可有效控制拉索的涡激共振。而 实际拉索是有倾角的，且风可能于拉索存在一定的偏角，为此进行考虑拉索 倾角和风偏角的拉索涡振气动控制措施研究。 

针对风垂直水平弹性悬挂拉索对应涡振气动控制措施，即直径为d=10mm、螺距为P=12D的双、三螺旋线，考虑拉索倾角及风偏角影响，进 一步检验该气动控制措施的效果。具体试验工况如表3-3所示。 

试验结论

拉索倾角为25度时，当风偏角为-30度、-15度、0度、15度时拉索出现剧烈的涡 激共振，拉索发生涡激共振时，拉索振动响应以面内为主。风偏角为-60度、-45 度、30度、45度、60度时拉索无明显振动。 u

拉索倾角为40度时，当风偏角为-30度或0度时拉索出现显著的涡激共振，拉索振 动响应以面内为主；风偏角为-45度、-15度和15度时拉索出现较小振幅的涡振， 风偏角为-60度、30度、45度、60度时拉索无明显振动。 u

 双螺旋线（ d=10mm、P=12D ）可有效降低25度、40度 倾角拉索在各种试验风偏 角下的振动幅值，可有效控制拉索的涡振现象。

3. 研究结论

1. 采用短期监测系统与桥梁健康监测系统相结合的方法，对运营期大跨度斜 拉桥拉索振动响应进行监测与分析，发现斜拉桥部分拉索在阻尼器性能退 化后发生了较为明显的拉索高阶涡振与风雨振现象；

2.  采用新型电涡流阻尼器可有效控制拉索的面内、面外振动响应；

3.  斜拉索节段模型涡振风洞试验表明，采用控制拉索风雨振的气动措施“表 面凹坑+2mm、3.5mm螺旋线”和“表面光滑+ 2mm、3.5mm螺旋” 斜拉索在低阻尼比条件下会发生涡激共振现象；

4.  采用直径为10mm、螺距P=12D的双、三螺旋线均可以有效控制拉索的 涡激共振现象。

本课题研究得到了江苏苏通大桥有限公司、中交公路规划设计院有限 公司的大力支持，在此表示衷心感谢！