基于斜风分解的台风韦帕作用下润扬悬索桥抖振响应现场实测研究

　　引　言

　　大跨悬索桥结构,随着桥跨的不断增加,结构刚度大幅下降,使得风致振动对其安全性的影响尤为重要。目前,通过对桥梁截面进行优化和提高结构刚度,已经基本可以避免大跨桥梁在设计使用期限内发生风致颤振[1],但由于跨度及桥宽的不断增加,使得风致抖振问题变得日益突出,风环境以及风致抖振响应监测也因此成为桥梁风工程研究的热点之一[2～6]。作为桥梁风工程研究的重要手段之一,既有桥梁抖振响应现场实测研究可用于检验现有桥梁抖振响应计算理论、确定桥梁抖振计算中的关键影响因素以及分析大跨桥梁结构的抖振性能及其机理,因而具有重大的理论和实际意义[6～9]。

　　国内最大跨度的润扬悬索桥自2005年初建成通车以来,每年均遭受到来自东南沿海台风的袭击(有的为正面袭击,有的为波及桥址区),包括2005年的“麦莎”、“卡努”,2006年的“桑美”以及2007年的“韦帕”台风。为了获得台风期间风特性及同步结构响应这些宝贵的实测数据,2007年9月17日至20日韦帕台风期间,课题组成员携带高精度三维超声风速仪奔赴大桥进行强风特性现场实测,完整地获得了经过润扬悬索桥桥址区的韦帕台风样本[10]。本文利用润扬悬索桥结构健康监测系统(SHMS)中加速度传感器实时采集的数据,结合台风期间专门增设的三维超声风速仪实测数据,对韦帕台风本身的特性及其作用下大桥部分关键部位的实测抖振响应特性进行了较为深入的分析,并且与“麦莎”期间的实测结果进行了对比[6],分析结果不仅为该桥基于SHMS的风致抖振安全性评估奠定了基础,而且可用于现有抖振分析理论的精细化研究,供其他大跨悬索桥的抗风设计与研究参考。

　　1　润扬悬索桥振动监测系统

　　润扬长江公路大桥南汊悬索桥(简称润扬悬索桥)为主跨1 490 m(中国第一,世界第三)的单跨双铰简支钢箱梁桥,两边跨长为470 m,其总体布置参见图1。为了能对大桥建设和营运期间的健康状态,尤其是各种灾害影响下的结构健康状态进行预测和评估,建立了润扬长江公路大桥SHMS[11]。本文着重介绍监测系统中主梁和缆索振动监测传感器的布置。润扬悬索桥SHMS中,主梁的振动监测综合考虑了遗传算法优化理论的分析结果以及实现在线模态分析的要求,选择了9个截面(分别称为ZLZD1～ZLZD9截面),共布置了29个低频单向加速度传感器,具体布置如图1所示。考虑到主缆索对悬索桥结构整体安全的至关重要性,且不可更换,在润扬悬索桥SHMS中采用了12个低频单向加速度传感器分别对其竖向和横桥向振动进行监测,缆索上传感器的具体布置如图2所示。