多跨加勁梁懸索橋非線性靜風穩定性分析

曹鋒， 鄭明杰， 馬鵬， 王寶喜， 李懋軍

(1.青海民族大學 土木與交通工程學院， 青海 西寧 810007； 2.上海賽揚建筑， 上海市 200233；3.中國市政工程西北設計研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000)

懸索橋非線性靜風穩定性與動力穩定性不同，其失穩前結構一般無任何征兆、破壞性大，需要在設計中避免發生。1994，Boonyapinyo V等[1]首次進行靜風荷載非線性變化的結構幾何非線性計算，采用有限位移法計算結構非線性靜風穩定性；程進等[2]對主跨888 m的虎門大橋懸索橋進行了靜風穩定性分析，研究了其失穩過程和機理；李源等[3]考慮幾何非線性和荷載非線性采用Ansys分析了三塔雙跨斜拉橋的靜風非線性穩定性,研究了其失穩形態和機理；沈銳利等[4]對三塔四跨懸索橋的合理布置形式進行了研究，不設置中央扣，塔梁間設置縱向約束的平面纜體系，可以緩解“中塔效應”。目前對四塔三跨懸索橋的靜風穩定性研究尚少，該文基于一座四塔三主跨(145+160+145) m加勁梁懸索橋，分析其抗風穩定性能及失穩機理。

1 非線性靜風穩定性分析理論

大跨懸索橋有兩種靜風失穩模式：一種是彎扭耦合失穩，加勁梁由于升力矩過大而產生傾覆現象；另一種是側向彎扭屈曲，在臨近風速時，加勁梁的變形為側向彎扭耦合變形使結構失穩[5-6]。

橋梁靜風荷載主要三分力為阻力FD(Lift force)、升力FL(Drag force)和升力矩FM(Pitching moment)，采用三分力系數的形式表示如下[7]:

(1)

式中：CD(α,β)、CL(α,β)、CM(α,β)為三分力系數，可采用風洞試驗或數值模擬方法得到；α和β為風攻角和偏角；D為主梁高度；B為主梁寬度；……