一种提高超大跨度桥梁颤振临界风速的方法及加固装置与流程

本发明涉及桥梁抗风技术领域，尤其涉及一种提高超大跨度桥梁颤振临界风速的方法及加固装置。

背景技术：

超大跨度桥梁可能面临严峻的抗风问题，其颤振临界风速较低，在强风地区可能难以满足颤振需求，或者为了满足抗风需求而需要投入的工程费用太高。目前提高大跨度桥梁颤振临界风速的措施主要包括：提高桥面宽度、结构系统质量和刚度的结构措施；优化主梁外形的气动措施和阻尼器机械措施。阻尼器机械措施虽然可以提高桥梁系统的阻尼，但是由于其提高的阻尼有限，一般只用于控制桥梁涡振和抖振，对控制颤振效率较低，因此一般不会采用机械措施来控制桥梁颤振。某些气动措施如中央开槽等尽管也能在相当大范围内提高颤振临界风速，但是投资增加很大。提高桥面宽度和结构系统质量和刚度的结构措施，投资增加巨大，为了将主跨千米级超大跨度桥梁颤振临界风速提高10m/s，工程投资可能会增长上亿元甚至数亿元，因此这些结构措施实用性较差，一般不会被优先采用。

另外，自然界中极值风速具有很强的不确定性，风速越高，发生的概率越小。对于绝大多数大跨桥梁，遇到十分钟平均风速达到50m/s的强风概率都很低，遑论60m/s甚至更高的强风。而将颤振检验风速设置为70m/s甚至更高的大跨桥梁比比皆是。人们出于规避风险的心理，对不确定的参数往往通过增加安全系数来提高设防等级。因此，采用目前方法确定的颤振检验风速可能远高于实际可能遇到的极端风速，而且还无法较为科学准确地确定风速风向的联合概率分布，因此导致大跨度桥梁颤振设防安全裕度过高，按现有抗风设计方法势必会造成巨大的工程造价。

鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种提高超大跨度桥梁颤振临界风速的方法及加固装置，使其更具有实用性。

技术实现要素：

本发明提供了一种提高超大跨度桥梁颤振临界风速的方法及加固装置，从而有效解决背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种提高超大跨度桥梁颤振临界风速的方法，包括如下步骤：

步骤一：降低桥梁颤振检验风速标准；

步骤二：对桥梁处天气进行监测，当即将出现超过所述步骤一中风速标准的强风时，在强风来临前通过加固装置对桥梁临时加固；

步骤三：在强风过去后，对所述步骤二中的加固装置进行拆除。

进一步地，所述加固装置对桥梁竖弯、侧弯及扭转刚度进行提升。

进一步地，所述加固装置对桥梁竖弯、侧弯及扭转频率进行提升。

进一步地，所述加固装置对桥梁竖弯、侧弯及扭转的刚度和频率进行提升。

本发明还包括一种提高超大跨度桥梁颤振临界风速的加固装置，包括：

第一锚固环，所述第一锚固环固定设置在桥梁主梁上；

锚碇，所述锚碇设置在桥梁底部的地基上；

第二锚固环，所述第二锚固环固定设置在所述锚碇上端；

锚索，所述锚索连接所述第一锚固环和所述第二锚固环。

进一步地，所述加固装置设置有多组，且多组所述加固装置关于桥梁横桥向和纵桥向对称设置。

进一步地，多组所述第一锚固环分别设置在桥梁主梁跨中或1/4跨或跨中和1/4跨处。

进一步地，所述锚索上设置有张拉千斤顶，所述张拉千斤顶对所述锚索拉力进行调节。

进一步地，所述锚碇为预埋在地基中。

进一步地，所述锚碇为放置在地基上。

本发明的有益效果为：桥梁正常服役无需过高的抗风安全系数，因此降低桥梁颤振检验风速标准，从而大幅降低工程造价；只在强风来临前进行临时加固，强风之后再拆除，不影响日常通航；由于强风具有非常强的不确定性，因此在桥梁的寿命周期内也可能不会遇到超过其设计抗风能力的强风，因此也就可能无需临时加固，也避免了相关费用的发生，即使遇到了超过其设计抗风能力的强风，采用临时加固的方法其费用也远小于对桥梁结构等方法去永久增强抗风能力所采用的费用，大大节省工程造价。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图视图；

图2为本发明的俯视图。

附图标记：1、第一锚固环；2、张拉千斤顶；3、锚索；4、第二锚固环；5、锚碇。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至2所示：一种提高超大跨度桥梁颤振临界风速的方法，包括如下步骤：

步骤一：降低桥梁颤振检验风速标准；

步骤二：对桥梁处天气进行监测，当即将出现超过步骤一中风速标准的强风时，在强风来临前通过加固装置对桥梁临时加固；

步骤三：在强风过去后，对步骤二中的加固装置进行拆除。

不同于地震，极端的强风并不是突发性的，而是可以提前相当长的时间进行预测，在对桥梁造成威胁的强风到达桥梁之前，有足够的时间采取技术和经济可行的措施对其加固，从而临时大幅提高桥梁的抗风性能，保证其安全。

因此，可以根据强风发生的特点，针对大跨桥梁，为降低其寿命周期成本，采用一种新的抗风设计思路：先降低桥梁目前方法确定的颤振检验风速标准，比如降低10~20m/s风速的标准，这将大大降低超大跨度桥梁的设计难度和工程投资，而且即使降低标准后，也依然大概率能够满足抗风安全要求。如果遇到极端的强风情况，采取临时加固的方法，提高其抗风能力。

桥梁正常服役无需过高的抗风安全系数，因此降低桥梁颤振检验风速标准，从而大幅降低工程造价；只在强风来临前进行临时加固，强风之后再拆除，不影响日常通航；由于强风具有非常强的不确定性，因此在桥梁的寿命周期内也可能不会遇到超过其设计抗风能力的强风，因此也就可能无需临时加固，也避免了相关费用的发生，即使遇到了超过其设计抗风能力的强风，采用临时加固的方法其费用也远小于对桥梁结构等方法去永久增强抗风能力所采用的费用，大大节省工程造价。

加固装置应对桥梁竖弯、侧弯及扭转刚度进行提升；或者，加固装置对桥梁竖弯、侧弯及扭转频率进行提升；或者，加固装置对桥梁竖弯、侧弯及扭转的刚度和频率同时进行提升，从而满足桥梁的抗风性能的要求。

结合强风发生的小概率、可预测、随机性特点，降低大跨度桥梁正常情况的抗风设计标准，由此可以大幅降低工程造价；只有在遇到小概率极端强风条件下，才采取快速、可靠、经济的措施对大跨度桥梁临时补强，最终实现以较小的代价、甚至不需要任何代价，同样保证超大跨度桥梁的抗风安全，因此加固装置应满足几个条件：可以在3~4天之内完成安装；可以明显提高超大跨度桥梁颤振临界风速；工程费用尽量低；安全可靠。

本发明还包括一种提高超大跨度桥梁颤振临界风速的加固装置，包括：

第一锚固环1，第一锚固环1固定设置在桥梁主梁上；

锚碇5，锚碇5设置在桥梁底部的地基上；

第二锚固环4，第二锚固环4固定设置在锚碇5上端；

锚索3，锚索3连接第一锚固环1和第二锚固环4。

通过设置第一锚固环1、锚碇5、第二锚固环4和锚索3，第一锚固环1固定在主梁底板或腹板上，锚碇5设置在地基上，起到临时支撑、提供刚度加固作用，通过锚索3连接主梁和锚碇5，从而可以改变桥梁的振动模态，提高桥梁的振动频率及抗风能力。且结构简单，安装方便快速，能够在强风来临之间安装完毕，且安装费用很低，大大节省安装成本。

在本实施例中，加固装置设置有多组，且多组加固装置关于桥梁横桥向和纵桥向对称设置。

通过将加固装置设置多组，且关于桥梁横桥向和纵桥向对称设置，桥梁的竖弯、侧弯及扭转的刚度和频率明显得以提升，桥梁颤振临界风速随之提高。

作为上述实施例的优选，多组第一锚固环1分别设置在桥梁主梁跨中或1/4跨或跨中和1/4跨处。

将第一锚固环1设置在主梁跨中及/或1/4跨处，可以有效提升一阶对称及/或一阶反对称振动模态的颤振临界风速。

锚索3直径越大、长度越小、数量设置的越多，对桥梁侧弯、竖弯和扭转刚度提高越大，桥梁抗风能力越强，所需费用越高，因此需综合考虑安全性与经济性。安装锚索3的费用比增强桥梁结构，增加固定桥墩的费用低得多，而且只是临时安装，强风过后进行拆除，以免影响通航及美观。

锚索3长度只有大于第一锚固环1和第二锚固环4之间间距才能便于安装，安装后通常处于松弛状态。此时，在锚索3上设置有张拉千斤顶2，调节锚索3的拉力及其受力长度，从而对锚索3拉力进行调节，使其在工作状态下保证有足够的拉力。对于跨海、跨江桥梁，锚碇5一般浸没在水中，因此将张拉千斤顶2安装于锚索3的上端，与第一锚固环1连接；对于跨越峡谷悬索桥，张拉千斤顶2既可以安装于锚索3的上端，也可以安装于下端，或者两端都进行安装。

锚碇5可以设置为混凝土结构，从而减少成本，锚碇5可以采用现场浇筑式，即锚碇5预埋在地基中；或者，锚碇5也可以采用重力式，即锚碇5为放置在地基上，通过运输陈放，需保证其具有足够的抗拔能力。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。