施工風(fēng)速下大跨懸索橋施工貓道舒適性評(píng)價(jià)

馬躍騰

(南寧市富申建設(shè)投資有限責(zé)任公司, 廣西南寧 530031)

[定稿日期]2017-09-07

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，目前越來(lái)越多的學(xué)者關(guān)注工作人員的舒適性。研究表明，人在振動(dòng)的環(huán)境中，容易引起不舒適感。早期的研究主要是為衡量列車(chē)的運(yùn)行品質(zhì)，并針對(duì)乘客的乘坐舒適性展開(kāi)工作。大量的試驗(yàn)研究奠定了舒適性評(píng)價(jià)方法研究的基礎(chǔ)，形成了包括Sperling指標(biāo)、Janeway指標(biāo)、Diekmann指標(biāo)等在內(nèi)的舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)，這些成果至今仍然是各國(guó)制定平穩(wěn)性和舒適性指標(biāo)的依據(jù)。

由于風(fēng)的脈動(dòng)作用，貓道會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。特別是目前上千米的大跨度貓道，由于剛度小、阻尼低，是風(fēng)致振動(dòng)的敏感結(jié)構(gòu)，在風(fēng)的作用下，容易產(chǎn)生較大振幅的振動(dòng)，嚴(yán)重的可以影響施工的正常進(jìn)行。本文以某大跨懸索橋施工貓道為研究背景，施工貓道立面如圖1所示。

圖1 某大跨施工貓道立面

1 貓道風(fēng)致振動(dòng)計(jì)算參數(shù)

靜力三分力系數(shù)是貓道振動(dòng)分析的主要計(jì)算參數(shù)，其定義式為：

風(fēng)軸坐標(biāo)系下的靜力三分力系數(shù)按下式定義：

阻力系數(shù)：

升力系數(shù)：

(1)

力矩系數(shù)：

圖2 安裝在風(fēng)洞中的貓道節(jié)段模型

圖3 貓道靜力三分力系數(shù)曲線

在計(jì)算過(guò)程中，風(fēng)速的風(fēng)速譜按照我國(guó)JTG/T D60-01-2004《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的風(fēng)速譜：

(2)

豎向脈動(dòng)風(fēng)速功率譜則采用Panofsky譜：

(3)

2 貓道抖振結(jié)果

本文定義最大施工風(fēng)速為15 m/s，迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)貓道豎向、橫向抖振位移均方根，典型位置處的抖振加速度均方根如圖4所示。最大施工風(fēng)速(V10=15 m/s)貓道加速度響應(yīng)RMS值見(jiàn)表1。

圖4 最大施工風(fēng)速下貓道的風(fēng)致抖振位移響應(yīng)

3 舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)

關(guān)于結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起人體不適的標(biāo)準(zhǔn),目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有統(tǒng)一的指標(biāo)。人機(jī)工程學(xué)關(guān)于人對(duì)振動(dòng)反應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)是建立在大量實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的,最為常用的是用一定形式的加速度指標(biāo)αk作為判斷依據(jù),根據(jù)αk所處的范圍來(lái)確定人的振感,即

表1 最大施工風(fēng)速(V10=15 m/s)貓道加速度響應(yīng)RMS值 cm/s2

(4)

(5)

振動(dòng)劑量VDV定義為：

(6)

式中：VDV為換算的振動(dòng)劑量(單位為m·s-1.75)；α(t)為根據(jù)振動(dòng)頻率加權(quán)后的振動(dòng)加速度(由于貓道結(jié)構(gòu)柔，自振頻率低，頻率加權(quán)系數(shù)按1計(jì)算，則α(t)取為加速度的均方根值);晝間時(shí)間按7:00～23:00考慮，共16 h(計(jì)算時(shí)以s計(jì))，夜間時(shí)間按23:00～7:00考慮，共8 h(計(jì)算時(shí)以s計(jì))。振動(dòng)劑量限值如表2所示。

表2 振動(dòng)劑量限值 m·s-1.75

當(dāng)風(fēng)速V10=15 m/s情況下，橫向振動(dòng)加速度均方根的最大值出現(xiàn)在貓道迎風(fēng)側(cè)中跨跨中，為8.44 cm/s2。由此換算得到的晝間振動(dòng)劑量為1.3 m·s-1.75，夜間振動(dòng)劑量為1.1 m·s-1.75；豎向振動(dòng)加速度均方根的最大值出現(xiàn)在貓道中跨跨中，為7.24 cm/s2。由此換算得到的晝間振動(dòng)劑量為1.1 m·s-1.75，夜間振動(dòng)劑量為0.94 m·s-1.75。橫向與豎向晝間振動(dòng)劑量未超限，而夜間振動(dòng)劑量超限。

若考慮夜間不進(jìn)行施工，則風(fēng)速15 m/s情況下的舒適性滿足要求。需要說(shuō)明的是，上述標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)于永久建筑，而對(duì)于是施工貓道臨時(shí)結(jié)果，可以放寬要求到原來(lái)的2倍，即施工貓道的施工舒適性亦能得到保障。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某施工貓道的風(fēng)致響應(yīng)分析，可以得出在最大施工風(fēng)速六級(jí)大風(fēng)時(shí)，最大的豎向和側(cè)向加速度RGZ值分別為10.16 cm/s2和10.71 cm/s2，參考英國(guó)規(guī)范BS 6472-1∶2008 Guide to evaluation of human exposure to vibration in buildings, 貓道的施工舒適度滿足要求。

[1] 韋世國(guó), 廖海黎, 趙有明, 等. 潤(rùn)揚(yáng)大橋懸索橋施工貓道抗風(fēng)穩(wěn)定性分析[J]. 橋梁建設(shè)，2004(4)： 1-3.

[2] 樂(lè)云祥,常英,胡曉倫. 武漢陽(yáng)邏長(zhǎng)江大橋施工貓道抗風(fēng)穩(wěn)定性分析[J]. 公路交通科技，2005,22(8): 40-60.

[3] 〔英國(guó)〕 BS 6472-1∶2008 Guide to evaluation of human exposure to vibration in buildings[S].