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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，是風致振動的敏感結(jié)構(gòu)，必須考慮結(jié)構(gòu)的抗風安全性。根據(jù)規(guī)范，對跨度超過200米的大跨度橋梁須通過風洞試驗、風致振動分析等手段，對大橋的抗風性能進行全面評估，以檢驗大橋的抗風設(shè)計，并為可能存在的抗風問題提出有效、經(jīng)濟的對策。 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，屬于沿海大風多發(fā)地區(qū)。大橋為環(huán)城南路快速化改造，跨越奉化江的節(jié)點，為節(jié)約造價，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)氣象條件較復雜，易受夏秋季的強對流天氣影響，同時橋址處還受到周圍山區(qū)的脈動風影響，橋梁的最大懸臂施工狀態(tài)的風致限幅振動（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)，新建橋梁對老橋運營安全性和行車、行人舒適性的影響均有必要進行分析研究。 根據(jù)課題所依托的工程實際和研究對象的結(jié)構(gòu)特點，本課題研究了五方面的內(nèi)容： 1、風參數(shù)確定 2、結(jié)構(gòu)動力特性計算 3、主梁節(jié)段模型試驗 4、全橋氣動彈性模型試驗 5、并行拱橋?qū)扔袠蛄旱娘L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洞試驗可知： （1）當來流為均勻流時，在檢驗風速范圍內(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）均勻流試驗過程中，在設(shè)計風速范圍內(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）當來流為均勻流時，在設(shè)計風速范圍內(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)計風速和D類邊界層流場條件下，成橋狀態(tài)主梁在三種風攻角下（0°、-3°、+3°）下的試驗結(jié)果分別是：迎風側(cè)主梁豎向振幅分別為21.6mm、23.6mm、22mm，迎風側(cè)拱肋橫向振幅分別為23.9mm、27.4mm、20.3mm。背風側(cè)主梁豎向振幅分別為32.2mm、40.3mm、33.8mm，背風側(cè)拱肋橫向振幅分別為26.5mm、28.4mm、26mm。 （5）來流為紊流時，在檢驗風速范圍內(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)計風速范圍內(nèi)的各試驗工況下，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）當來流為紊流時，在設(shè)計風速范圍內(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）三種斷面在相同風攻角下，考慮新橋與否，既有橋梁橋面風場具有相似性。 （2）-3度攻角下，既有橋梁橋面車輛重心處風速放大系數(shù)減小，0度和+3度攻角下，既有橋梁橋面車輛重心處風速放大系數(shù)略微增加，但風速放大系數(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荷載，而對于其受鄰近橋梁的氣動干擾作用沒有考慮。實際上，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)生的負面效應(yīng)將給新建橋的設(shè)計帶來較大困難。 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為依托，對大跨度并行鋼拱橋抗風性能研究進行了系統(tǒng)的研究， 1、利用風洞試驗和理論分析，系統(tǒng)分析了大跨并行鋼拱橋的抗風性能，在檢驗風速范圍內(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，為本工程施工和運營階段的抗風穩(wěn)定性提供了科學依據(jù)，為臺風地區(qū)此類橋梁建設(shè)提供了參考。 2、數(shù)值模擬和風洞試驗表明并行拱橋的拱肋和主梁氣動力及風致響應(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)進行了數(shù)值模擬研究，獲得新建大橋?qū)蠘虻娘L場氣流干擾情況，研究表明本工程新建橋梁對老橋運營安全性和行車、行人舒適性的影響不大，但新建橋梁對于老橋風場存在一定影響，在設(shè)計中應(yīng)予以考慮。