摘要：风荷载是各类建筑物的重要设计荷载之一，平潭海峡公铁两用大桥主梁采用高支架施工，该地区台风最大风速可达45.4m/s，该地区处于台风区，施工支架稳定性更显得尤为重要，我们对该支架进行设计，并对风洞试验研究内容昱方案进行介绍，为相关相关工程提供借鉴。
关键词：高支架；桥梁；风荷载
大练岛特大桥位于平潭县大练镇渔限村，穿越山谷，右侧为东海，毗邻海坛海峡。起讫里程为DK70+564.7-DK71+476.11，总长911.41m。铁路墩为门式空心墩，墩高最高为50.5m。公路墩为板式花瓶墩和门式实心墩，公路墩最高为14.9m。公铁合建墩高最高为65.3m。铁路为双线桥，桥面宽为12.2m。公路梁在铁路之上为双向6车道，桥面宽为16.25m，其中D9#-D19#位变宽桥面，双幅桥面变宽范围为33m-49m。
桥址处6级以上大风年日数309天，7级以上234天，8级以上123天，年台风次数3.8次；经实测统计桥址处2014年极大风达到6级以上338天，7级以上239天，8级以上133天，台风3次；2015年极大风达到6级以上344天，7级以上300天，8级以上165天，台风5次。8级风风速20.8m/s，14级风风速45.4m/s。
1.支架设计
D0#-D9#钢管支架采用直径Φ720×12mm钢管，纵向4排，墩旁每排8根，跨中每排7根，钢管之间采用Φ400×8mm钢管和双拼工28、单拼工28连接，贝雷梁顶部设置特制顶托便于拆除时落梁，旁墩顶部放置三拼56a工字钢做横梁，跨中桩顶部放置双拼H700×300型钢做横梁。纵梁采用贝雷梁，间距为4×900+3×450+3×900+3×450+3×900+3×450+4×900共24排，贝雷梁纵向顶部设置特制顶托，一片贝雷梁上间距355mm、880mm、530、880、355mm，设置在贝雷梁上接近节点处，然后顶托上纵向放置150×150mm方木，在150方木上横向放置100mm×100mm方木，纵向间距300mm，最后铺设15mm厚竹胶板做底模。
D9#-D19#钢管支架立柱采用Φ1200×14mm和Φ720×14mm钢管，纵向4排，墩旁每排8根，跨中每排4-6根，支架跨中平联采用Φ720×14mm钢管，斜撑采用Φ400×8mm钢管。支架边跨钢管之间平联采用双拼工28，斜撑采用单拼工28连接。跨中钢管桩立柱基础采用直径Φ1500mm钻孔桩基础。旁墩顶部放置三拼56a工字钢做横梁，跨中桩顶部放置双拼H700×300型钢做横梁。纵梁采用单层贝雷梁，布置原则为腹板底间距为450mm，顶、底板、翼缘板底间距为900mm。贝雷梁纵向顶部设置特制顶托便于拆除时落梁，一片贝雷梁上间距355mm、880mm、530、880、355mm，设置在贝雷梁上接近节点处，然后顶托上纵向放置150×150mm方木，在150方木上横向放置100mm×100mm方木，纵向间距300mm，最后铺设15mm厚竹胶板做底模。
2.试验研究方法
风洞试验的理论基础是相似准则。在模型与实物几何外形相似的基础上，若风洞试验的对数衰减数、弹性数、密度比数、重力数、Reynolds数与实际情况相同，则满足一定长度缩尺比、速度缩尺比、密度缩尺比条件下的试验模型的响应与实际结构的响应相同或成比例。在常规试验条件下，风洞中还不能完全复现真实条件下气流的运动状况。因此，根据不同得试验目的，对上述参数近似、取舍，采用气动弹性模型或刚性模型。气动弹性模型直接测量动态风荷载和结构响应；刚性模型则借助于高频动态天平测量风荷载，再根据结构固有特性，计算结构动态响应。当测定结构物壁面的风速与风压分布时，一般采用刚性模型。风洞中挡板、栅格、粗糙元、湍流度调节器、紊流主动发生器等若干装置组合，可以精确的模拟自然风的紊流特性。
我们将进行了支架模型风洞试验的系统研究，以期获得了支架结构的平均风压分布规律及气动压力的相关特性。首先利用有限元软件对支架进行动力分析，得到支架的动力特征；然后可以进行固定模型天平测力实验，研究模型在台风作用下的受力特征；接着进行边界层风洞试验，分析气弹模型在台风作用下的振动特征；最后，结合现场实测，进行支架振动预测。
（1）支架结构风振响应计算机模拟
采用有限元程序建立了支架的三维有限元模型，并通过输出刚度矩阵与质量矩阵的方法建立了具有三维有限元模型力学性能的二维多自由度体系，得到各阶自振频率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆采用快速傅立叶变换法，实现随机风场的计算机仿真，仿真得到了16维脉动风荷载时程样本。对支架顺、横风向风振响应进行了动力响应分析，得到分析支架的振动包括x向振动、y向振动、z向振动及扭转振动。
（2）固定模型天平测力实验
高频天平利用高频动态天平直接测模型的基底倾覆力矩得到一阶广义力，而没有计入随时空变化的气动力分布的复杂特性。高频天平试验假定基阶模态为理想振型、忽略了高阶模态贡献、无法考虑模态分量之间的藕合，我们将广义力加载在有限元模型中，从理论上进行修正。
（3）边界层风洞试验
通过边界层风洞试验分析求解支架结构风致动态响应。
气动弹性模型反映结构的几何外形，模拟结构的质量、阻尼和刚度特征。在满足一定缩尺比的流场中，气弹模型不仅能正确反映外加风荷载的气动输入，更为重要的是它还能反映与结构运动有关的气动反馈或气动弹性现象，通过测得的结构动态响应可分离出自激力的影响，用气动阻尼来近似表示自激力作用。
试验中，风速相似系数的确定是关键。如果按照拟定的 而相似比，则在实验室中，1m/s的风速相当于实际风速12m/s。在调节试验风速时，有可能试验风速较小的增量导致推算实际风速远远跨越了结构的设计风速，使所测结果和工程实际相脱离。我们将根据模型的相似比确定最终的风速比。
（4）现场支架性能测试
现场实测是指观测实际建筑物表面的风压分布，测量结构各个部分的位移、变形等。通过现场实测，可以获得详细全面、可信度较高的数据资料，加深对结构抗风性能的认识，优化设计阶段所采用的试验模型或计算模型，为制定建筑荷载规范提供依据。此外，现场实测能够及时发现问题，以便采取相应的处理措施。
3.试验模型与工况
D0#-D9#钢管支架最高是D8#-D9#段，高度为52.38m，模型的几何缩尺为1/150。桁架用钢芯，确定弹性模量，模型自重。确定结构计算频率，模型计算频率。
（1）模型频率测试测点布置
在模型的不同高度设置四个加速度计。
（2）模型振型测试测点布置
在两侧桁架不同高度分别设置四个测点。
（3）试验工况：
模拟6～14级风，也进行相应工况（5种风向角，分别为0°、45°、90°、135°和180°）。
每一工况风速从2.4m/s起，步长为0.4m/s；风速达到6m/s后，步长变为0.5m/s；风速最高达到10m/s。
需要测试确定：
（1）不同风向角下各测点平均风压系数和脉动风压系数
（2）不同风向角下各测点10分钟平均最大风荷载
（3）不同风向角下各测压点局部体型系数的确定
（4）所有风向角下各测点最大和最小平均风压系数及最大脉动风压系数的确定
（5）不同风向角下各测压点处极大值和极小值风压系数
（6）所有风向角下各测压点处最大极值和最小极值风压系数
参考文献：
[1] 罗文林，吴海林，刘志国.单跨空冷支架结构风载体型系数数值模拟研究[J]. 四川建筑科学研究，2011，（31）：11-14.
作者简介：
程为（1984-），男，工程师，从事交通土建工作
论文作者:程为
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/5/29
标签：支架论文; 模型论文; 风速论文; 风洞论文; 风压论文; 结构论文; 荷载论文; 《基层建设》2018年第10期论文;