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     現(xiàn)代大跨度橋梁由于跨度橋梁特別是鋼結(jié)構(gòu)橋梁，由于頻率低、質(zhì)量小、阻尼低，是風(fēng)致振動的敏感結(jié)構(gòu)，必須考慮結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性。根據(jù)規(guī)范，對跨度超過200米的大跨度橋梁須通過風(fēng)洞試驗(yàn)、風(fēng)致振動分析等手段，對大橋的抗風(fēng)性能進(jìn)行全面評估，以檢驗(yàn)大橋的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，并為可能存在的抗風(fēng)問題提出有效、經(jīng)濟(jì)的對策。 本課題的工程背景是寧波市環(huán)城南路快速路奉化江大橋，該橋位于浙江寧波，屬于沿海大風(fēng)多發(fā)地區(qū)。大橋?yàn)榄h(huán)城南路快速化改造，跨越奉化江的節(jié)點(diǎn)，為節(jié)約造價(jià)，快速路高架主線采用中承式系桿拱橋，大橋主跨一跨過河，主跨為260m，邊跨跨徑采用55m，全長370m，輔道利用原環(huán)城南路芝蘭橋，因此形成并行拱橋形式。 奉化江大橋跨度大，為中承式系桿拱橋；且大橋中跨采用質(zhì)量較輕、阻尼較小的鋼拱肋，因此大橋主梁的渦激振動特性必須予以充分重視，以確保大橋的施工安全以及成橋運(yùn)營的安全性和舒適性。另一方面，橋位所在地區(qū)氣象條件較復(fù)雜，易受夏秋季的強(qiáng)對流天氣影響，同時(shí)橋址處還受到周圍山區(qū)的脈動風(fēng)影響，橋梁的最大懸臂施工狀態(tài)的風(fēng)致限幅振動（抖振響應(yīng)）應(yīng)引起重視。此外，由于主橋采用并行拱橋形式，且在兩幅主線橋梁間保留老橋，四幅橋面橋梁間相互的氣動干擾效應(yīng)，新建橋梁對老橋運(yùn)營安全性和行車、行人舒適性的影響均有必要進(jìn)行分析研究。 根據(jù)課題所依托的工程實(shí)際和研究對象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本課題研究了五方面的內(nèi)容： 1、風(fēng)參數(shù)確定 2、結(jié)構(gòu)動力特性計(jì)算 3、主梁節(jié)段模型試驗(yàn) 4、全橋氣動彈性模型試驗(yàn) 5、并行拱橋?qū)扔袠蛄旱娘L(fēng)場影響分析 本課題的主要結(jié)論有： 1、通過奉化江大橋全橋氣動彈性模型風(fēng)洞試驗(yàn)可知： （1）當(dāng)來流為均勻流時(shí)，在檢驗(yàn)風(fēng)速范圍內(nèi)，成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)主梁在各種工況下均未發(fā)生主梁顫振、馳振及橫向屈曲、扭轉(zhuǎn)發(fā)散的靜力失穩(wěn)現(xiàn)象。 （2）均勻流試驗(yàn)過程中，在設(shè)計(jì)風(fēng)速范圍內(nèi)，成橋狀態(tài)和拱體最大懸臂施工狀態(tài)以及在三種風(fēng)攻角下（0°、±3°）下未觀察到明顯的主梁豎向渦激振動現(xiàn)象。 （3）當(dāng)來流為均勻流時(shí)，在設(shè)計(jì)風(fēng)速范圍內(nèi)，拱體在最大單懸臂狀態(tài)未觀察到渦激振動現(xiàn)象，也未出現(xiàn)靜力失穩(wěn)現(xiàn)象。 （4）在設(shè)計(jì)風(fēng)速和D類邊界層流場條件下，成橋狀態(tài)主梁在三種風(fēng)攻角下（0°、-3°、+3°）下的試驗(yàn)結(jié)果分別是：迎風(fēng)側(cè)主梁豎向振幅分別為21.6mm、23.6mm、22mm，迎風(fēng)側(cè)拱肋橫向振幅分別為23.9mm、27.4mm、20.3mm。背風(fēng)側(cè)主梁豎向振幅分別為32.2mm、40.3mm、33.8mm，背風(fēng)側(cè)拱肋橫向振幅分別為26.5mm、28.4mm、26mm。 （5）來流為紊流時(shí)，在檢驗(yàn)風(fēng)速范圍內(nèi)，模型主梁均未出現(xiàn)振幅發(fā)散的顫振及馳振等氣動失穩(wěn)現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)風(fēng)速范圍內(nèi)的各試驗(yàn)工況下，模型主梁在豎向和扭轉(zhuǎn)等方向均未發(fā)生明顯的渦激振動現(xiàn)象。 （6）當(dāng)來流為紊流時(shí)，在設(shè)計(jì)風(fēng)速范圍內(nèi)，拱體在最大懸臂施工狀態(tài)未觀察到渦激振動現(xiàn)象，也未出現(xiàn)靜力失穩(wěn)現(xiàn)象。 2、通過Fluent數(shù)值模擬分析新建橋梁對鄰近既有橋梁風(fēng)場的氣動干擾效應(yīng)，以及分析新建橋梁主梁和拱肋的三分力系數(shù)隨不同新橋中心距變化的規(guī)律，得到如下結(jié)論： （1）三種斷面在相同風(fēng)攻角下，考慮新橋與否，既有橋梁橋面風(fēng)場具有相似性。 （2）-3度攻角下，既有橋梁橋面車輛重心處風(fēng)速放大系數(shù)減小，0度和+3度攻角下，既有橋梁橋面車輛重心處風(fēng)速放大系數(shù)略微增加，但風(fēng)速放大系數(shù)都小于1，表明新橋修建后對老橋橋面行車安全影響不大。 （3）阻力系數(shù)隨中心距增加而增加，升力系數(shù)隨中心距增加而減小，力矩系數(shù)隨中心距增加基本保持不變。這是由于橋梁中心距增大，遮擋效應(yīng)降低，各斷面之間的相互氣動影響減弱的結(jié)果。 （4）目前我國橋梁規(guī)范中只考慮單幅橋梁自身的靜風(fēng)荷載，而對于其受鄰近橋梁的氣動干擾作用沒有考慮。實(shí)際上，鄰近橋梁間的氣動干擾作用不可忽略。尤其是在既有橋梁附近修建新橋，既有橋的斷面特征不易改變，干擾效應(yīng)可能產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)將給新建橋的設(shè)計(jì)帶來較大困難。 本課題的創(chuàng)新內(nèi)容如下； 本課題以寧波市環(huán)城南路快速路奉化江大橋?yàn)橐劳校瑢Υ罂缍炔⑿袖摴皹蚩癸L(fēng)性能研究進(jìn)行了系統(tǒng)的研究， 1、利用風(fēng)洞試驗(yàn)和理論分析，系統(tǒng)分析了大跨并行鋼拱橋的抗風(fēng)性能，在檢驗(yàn)風(fēng)速范圍內(nèi)，成橋狀態(tài)和最大懸臂施工狀態(tài)下結(jié)構(gòu)主梁、拱肋均不會發(fā)生顫振、馳振及橫向屈曲、扭轉(zhuǎn)發(fā)散、豎向渦激振動失穩(wěn)現(xiàn)象，為本工程施工和運(yùn)營階段的抗風(fēng)穩(wěn)定性提供了科學(xué)依據(jù)，為臺風(fēng)地區(qū)此類橋梁建設(shè)提供了參考。 2、數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)表明并行拱橋的拱肋和主梁氣動力及風(fēng)致響應(yīng)特征存在相互影響，這種影響不可忽略，通過研究得到并行拱橋間距對其抗風(fēng)性能的影響規(guī)律。 3、采用數(shù)值模擬方式對四幅橋面橋梁氣動干擾效應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，獲得新建大橋?qū)蠘虻娘L(fēng)場氣流干擾情況，研究表明本工程新建橋梁對老橋運(yùn)營安全性和行車、行人舒適性的影響不大，但新建橋梁對于老橋風(fēng)場存在一定影響，在設(shè)計(jì)中應(yīng)予以考慮。