土木工程文献

72 　土　木　工　程　学　报2010年

目前,虽然国内外许多大跨桥梁均安装了包括风速仪和振动传感器在内的SHMS,为大跨桥梁的抖振响应实测案例研究提供了良好的平台,但这方面的研究工作还很不够。因此,需要进一步研究分析处理这些实测数据的方法,以开展桥梁抖振理论的精细化分析,验证已有抖振响应控制方法和手段的有效性。2008年7月29日至30日凤凰台风期间,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,获得了经过苏通大桥桥址区的“凤凰”台风样本。本文利用苏通大桥结构健康监测系统(SHMS)中风速仪和加速度传感器实时采集的数据,对“凤凰”台风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,分析结果为该桥基于SHMS的风致抖振安全性评估奠定了基础,同时可为其它同类型大跨缆索承重桥梁的抗风设计提供参考。

1　工程背景简介

苏通大桥(图1)位于江苏省东部的南通市和苏州(常熟)市之间,距长江入海口108公里,是我国建桥史上工程规模最大、建设标准最高、技术最复杂、科技含量最高的现代化特大型桥梁工程。作为世界第一大跨斜拉桥,该桥也是世界桥梁建设史上的标志性工程

。

图(m)

1ConfitionofSutongCable2stayedBridge(SCB)(m)

　　8146m,主桥为主跨1088m

的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。其中主梁采用流线型扁平钢箱梁,含风嘴全宽41.0m,不含风嘴顶板宽35.4m,底板宽为9.0+23.0+9.0m,中心线处梁高410m。采用平行钢丝斜拉索,斜拉索在梁上基本索距

风多发期间,课题组便开始密切跟踪天气情况。

2　苏通大桥结构健康监测系统简介

考虑到苏通大桥的极端重要性,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,建立了苏通大桥SHMS,其传感器总体布置图如图2所示。

为16m,边跨尾索为12m,塔上索距为2m,全桥共4×34×2=272根斜拉索,最大斜拉索长度为577m,最大规格为PES72313。主塔采用倒Y形,包括上塔柱、中塔柱、下塔柱和下横梁,索塔总高300.4m,索塔在桥面上的高度为230.41m。索塔与主梁之间仅设置横向抗风支座和纵向带限位功能的粘滞阻尼器。主塔基础采用131根钻孔灌注桩基础,钢护筒内径2.8m,梅花形布置,桩长117m。承台为哑铃型,每个承台平面尺寸为51.35m×48.1m,其厚度由边缘的5m变化到最厚处的13.324m,两承台之间采用11.05m×28.1m系梁连接,系梁厚度为6m。

苏通大桥位于长江下游,临近长江入海口,地处中纬度地带。气象调查结果表明,该地属亚热带南部湿润季风气候,季风环流是支配境内气候的主要因素,气候有别于内陆地区,又有别于海洋性气候。气候温和,四季分明,雨水充沛。这其中夏季台风是该桥所受到的最为主要的风荷载之一,使得每年夏季台

苏通大桥SHMS中共安装了4个三维风速风向仪,其中在大桥南、北塔塔顶各安装了1个,同时在主跨跨中的上下游各安装了1个三维风速风向仪,其目的是提供桥址区的风环境实测数据。该桥SHMS中的加速度传感器共有46个,主要用于监测主梁、拉索、主塔等关键构件的振动响应。加速度传感器可分为双向和三向两类,其中双向40个,三向6个,本文主要进行台风期间主梁和拉索上布置的加速度传感器监测数据分析。

3　桥址区“凤凰”台风实测及分析

由于现场实测所采用的风速仪较之SHMS中的风速仪具有较高的采样频率和精度,因此本文采用苏通