管道懸索橋抗風(fēng)穩(wěn)定性研究

李 鵬

（西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司， 陜西 西安 710003）

1 管道懸索橋的概述及其發(fā)展

管道懸索橋是用于支撐管道的橋梁，由于其橋面主要支撐在懸索之上，因此被人們稱之為管道懸索橋。與傳統(tǒng)的拱橋所不同的是，管道懸索橋的橋面并不完全依靠于橋墩的支撐力。這是由于在管道懸索橋的兩端存在有用于維持懸索橋橋面平衡的懸索，這些懸索可以為橋面提供相應(yīng)的拉力，從而使其可以保持平衡。此外與傳統(tǒng)拱橋所不同的是，拱橋中橋墩的承重結(jié)構(gòu)往往為剛性，易出現(xiàn)損壞，而懸索橋中懸索的承重結(jié)構(gòu)為柔性，不易出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。目前，人們所常見的管道懸索橋一般由懸索、索塔、錨碇、吊桿以及橋面等幾部分所組成。其中懸索一般用于對(duì)橋面施加拉力，進(jìn)而確保橋面平穩(wěn)。而索塔則主要用于固定懸索。錨碇與吊桿則可以將懸索與橋面相固定。為了有效提高管道索道橋的穩(wěn)定性以及安全性，人們?cè)诮ㄔO(shè)管道索道橋時(shí)常常會(huì)采用高強(qiáng)度鋼絲作為懸索橋的懸索。使用懸索橋作為管道運(yùn)輸橋梁不但可以提高橋梁的抗震性能，同時(shí)還可以從一定程度加強(qiáng)其美觀程度。并且，通過使用懸索橋進(jìn)行管道運(yùn)輸也可以從一定程度上降低建設(shè)成本。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代懸索橋不但可以用于實(shí)現(xiàn)管道運(yùn)輸，同時(shí)也可以用于車輛與行人通行。然而古代的懸索橋由于材質(zhì)與技術(shù)均無(wú)法與現(xiàn)代相比，因此古代的懸索橋僅能用于行人通行。記載中最早的懸索橋是李冰所建造的笮橋，其懸索主要由藤與麻繩所制，而橋面則主要由木板所制，可以用于行人通行，但無(wú)法通過車輛。隨著社會(huì)的發(fā)展，在1801年藤浦萊曼建設(shè)了鐵鏈懸索橋，其中懸索由鐵鏈制成，橋板則由鐵板所制。通過對(duì)材料以及技術(shù)進(jìn)行更新后，鐵鏈懸索橋不但可以用于行人通行，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)車輛通行。但鐵鏈懸索橋仍具有跨度較短的缺陷。隨著技術(shù)的不斷更新，現(xiàn)今的懸索橋不但可以順利實(shí)現(xiàn)行人與車輛的通行，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)管道的長(zhǎng)距離運(yùn)輸。

2 管道懸索橋靜風(fēng)穩(wěn)定性及影響因素的分析

在對(duì)管道懸索橋靜風(fēng)穩(wěn)定性及其影響因素進(jìn)行分析前，我們首先需要對(duì)管道懸索橋穩(wěn)定性的相關(guān)理論進(jìn)行了解，同時(shí)還需要對(duì)管道懸索橋結(jié)構(gòu)各部分的風(fēng)荷載進(jìn)行調(diào)查。

2.1 管道懸索橋穩(wěn)定性相關(guān)理論研究

在對(duì)管道懸索橋穩(wěn)定性相關(guān)理論進(jìn)行研究時(shí)，首先我們需要對(duì)管道懸索橋的抗風(fēng)發(fā)展具有一定的了解。人們對(duì)管道懸索橋靜風(fēng)穩(wěn)定性這一研究是源于1940年美國(guó)的一座管道懸索橋由于風(fēng)力作用而倒塌而開始的。在長(zhǎng)達(dá)80年的研究過程中，我們發(fā)現(xiàn)橋梁風(fēng)致震動(dòng)大致有以下四種形態(tài)，分別是顫振、馳震、抖震以及渦激震動(dòng)。這些震動(dòng)形式將會(huì)嚴(yán)重地影響到橋梁結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響到橋梁的穩(wěn)固性。在了解到管道懸索橋的抗風(fēng)發(fā)展史后，為了進(jìn)一步完善橋梁結(jié)構(gòu)，使其可以有效提高穩(wěn)定性，我們還需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)致震動(dòng)的控制措施進(jìn)行研究、分析。通過研究我們可以發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)致震動(dòng)的控制措施大概有以下幾種。首先是結(jié)構(gòu)措施，結(jié)構(gòu)措施是指在原管道懸索橋的機(jī)構(gòu)方面進(jìn)行改進(jìn)，從而增強(qiáng)其穩(wěn)定性。例如，我們可以將懸索橋中的懸索改為交叉索的方式，從而提高管道懸索橋的穩(wěn)定性與抗風(fēng)性。第二，除了對(duì)管道懸索橋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)外，我們還可以通過在橋的結(jié)構(gòu)的截面增加一些氣動(dòng)措施，從而降低風(fēng)力對(duì)橋穩(wěn)定性的影響。例如，我們可以在橋結(jié)構(gòu)的截面處加裝導(dǎo)流板以及風(fēng)嘴等設(shè)備，從而降低風(fēng)力對(duì)橋結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)而有效提高管道懸索橋的穩(wěn)定性。最后，我們還可以通過在管道懸索橋的勁梁上加裝一些機(jī)械措施，從而提高橋的穩(wěn)定性。

2.2 結(jié)構(gòu)各部分的風(fēng)荷載

為了可以進(jìn)一步對(duì)管道懸索橋靜風(fēng)穩(wěn)定性及其影響因素進(jìn)行分析，我們還需要對(duì)管道懸索橋結(jié)構(gòu)各部分的風(fēng)荷載進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算。在上文中曾提到，管道懸索橋的結(jié)構(gòu)部件大致可以分為橋塔、主纜、吊桿以及加勁梁四種。其中橋塔、主纜以及吊桿由于與公路懸索橋類似，因此可以通過公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)其風(fēng)荷載進(jìn)行計(jì)算。然而，為了方便計(jì)算，我們還需要對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)部件在順風(fēng)方向的投影面積、各部分的阻力系數(shù)以及其基準(zhǔn)高度、基準(zhǔn)風(fēng)速等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行測(cè)量。而對(duì)加勁梁風(fēng)荷載進(jìn)行計(jì)算時(shí)，我們則需要?jiǎng)澐肿鴺?biāo)軸并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。一般人們?cè)趯?duì)加勁梁的風(fēng)荷載進(jìn)行計(jì)算時(shí)，往往會(huì)對(duì)該橋梁建立體坐標(biāo)系，并通過測(cè)量出相應(yīng)的阻力、升力以及扭矩后進(jìn)而計(jì)算得出加勁梁的風(fēng)荷載。

2.3 靜風(fēng)穩(wěn)定影響因素的分析

通過對(duì)管道懸索橋穩(wěn)定性理論進(jìn)行研究，并對(duì)管道懸索橋結(jié)構(gòu)各部分的風(fēng)荷載進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算后，我們可以發(fā)現(xiàn)管道懸索橋靜風(fēng)穩(wěn)定影響因素大致有以下幾點(diǎn)。首先是結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的影響。對(duì)稱性結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載分布均勻，而非對(duì)稱性結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載往往分布不均，因此非對(duì)稱性結(jié)構(gòu)往往更加穩(wěn)定。此外，主纜風(fēng)力也會(huì)對(duì)管道懸索橋的靜風(fēng)穩(wěn)定性造成一定的影響。另外，風(fēng)攻角的不同也會(huì)對(duì)管道懸索橋的靜風(fēng)穩(wěn)定性造成一定的影響。其中風(fēng)攻角越大則靜風(fēng)穩(wěn)定性越低。因此為了可以加強(qiáng)管道懸索橋的靜風(fēng)穩(wěn)定性，我們需要對(duì)管道懸索橋的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，從而有效降低橋梁的靜風(fēng)穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著懸索橋不斷地發(fā)展，現(xiàn)今的懸索橋不但可以供行人與車輛進(jìn)行通行，同時(shí)還可以完成大跨度的管道運(yùn)輸工作。然而，為了保障管道懸索橋的安全性以及穩(wěn)定性，我們需要對(duì)其靜風(fēng)穩(wěn)定性及影響因素進(jìn)行分析。但為了方便我們對(duì)管道懸索橋靜風(fēng)穩(wěn)定性及其影響因素的分析，我們?cè)趯?duì)其進(jìn)行分析前，首先需要對(duì)管道懸索橋穩(wěn)定性的相關(guān)理論進(jìn)行研究。同時(shí)，我們還需要對(duì)管道懸索橋結(jié)構(gòu)各部分的風(fēng)荷載進(jìn)行測(cè)量與計(jì)算。通過對(duì)管道懸索橋穩(wěn)定性的相關(guān)理論性知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并對(duì)橋結(jié)構(gòu)各部分風(fēng)荷載計(jì)算、測(cè)量后，我們可以發(fā)現(xiàn)影響管道懸索橋靜風(fēng)穩(wěn)定性的因素大致包括風(fēng)攻角、主纜風(fēng)力以及結(jié)構(gòu)對(duì)稱性三點(diǎn)。相信通過對(duì)管道懸索橋靜風(fēng)穩(wěn)定性影響因素的研究，我們將可以進(jìn)一步加強(qiáng)管道懸索橋的穩(wěn)定性與安全性。