钢箱梁在风荷载作用下的颤振与涡振是影响桥梁安全的核心问题,其分析需结合气动外形优化、阻尼控制及工程验证。以下从颤振抑制、涡振控制及工程实践三方面阐述关键技术要点。
一、颤振稳定性提升策略
颤振作为自激振动,需通过气动外形优化与结构刚度强化实现控制。张皋过江通道南航道桥采用 “中央稳定板 + 45° 导流板” 组合措施,将颤振临界风速从不足 80m/s 提升至 120m/s 以上。龙门大桥创新采用直腹板 + 倒 L 形导流板设计,通过风洞试验验证其颤振临界风速达 140m/s,远超 17 级台风风速标准。对于宽幅扁平箱梁,增设水平稳定板或调整人行道板倾角可显著改善气动性能,如某 2300m 跨度悬索桥通过优化导流板角度,使颤振稳定性满足设计要求。
二、涡振抑制关键技术
涡振控制需从气动干扰与能量耗散两方面入手。分体式双钢箱梁通过中央开槽处设置挡风格栅(透风率≤30%),可将涡振振幅降低 60% 以上。某铁路斜拉桥采用下行风嘴 + 上部平台组合设计,在风洞试验中使矩形箱梁涡振振幅从 35mm 降至 5mm 以下。紊流制振技术在龙门大桥的应用表明,通过导流板引入紊流,可使涡振锁定区间缩短 40%,显著降低振动响应。对于复杂断面,如分离双箱梁,采用平板隔流或抑流板可有效削弱气动干扰,临界间距内抑制效果达 70%。
三、工程验证与施工控制
风洞试验验证:节段模型(1:50~1:60 比例)与全桥气弹模型(1:196 比例)联合测试是主流手段。例如,某分体式钢箱梁通过 1:60 节段模型试验,验证风屏障与透气格栅联合措施可基本消除涡振。
阻尼器应用:调谐质量阻尼器(TMD)在多座桥梁中成功抑制涡振,如某平行箱梁桥通过 TMD 将振幅降低 50% 以上。负刚度阻尼器(NSD)在低质量比(μ≤0.001)时表现优异,可使涡振振幅趋近于零。
施工精度控制:龙门大桥采用 600 吨级缆载吊机整体吊装钢箱梁,通过智能化控制系统将节段对接误差控制在 ±1mm 以内,减少安装阶段气动干扰。某铁路桥通过优化检修车轨道位置,使涡振敏感风速区间缩小 30%。