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《四川建筑科學研究雜志》2014年第三期

1試驗內容

根據昂船洲大橋工程實際，分別對中跨與邊跨拉索進行了風洞試驗，其中來流順橋向試驗中定義沿來流方向拉索升高為順風向，沿來流方向拉索降低為逆風向。拉索軸線與橋面夾角為α(傾斜角)，拉索所在垂直平面與來流方向的夾角為β(水平偏角)。中跨拉索α=21°，β=7.1°，邊跨拉索α=36°，β=9.5°。試驗風速從20m/s到50m/s，風速間隔為2m/s。采樣頻率為1000Hz，每點采集時間約續30s。試驗共進行了如下內容:1)光滑表面模型，直徑為169mm中跨拉索和直徑為139mm的邊跨拉索，傾斜角和風偏角按實際工程中跨與邊跨拉索的角度定義;2)粘貼螺旋線表面形式拉索，拉索直徑為169mm和139mm，螺旋線厚度選取2mm、4mm、6mm，傾斜角和水平偏角同上;3)壓花表面形式，拉索直徑為169mm及139mm，傾斜角和水平偏角同上。以上各種表面形式的拉索均進行三個來流方向的風洞試驗，來流順橋向試驗中拉索順風向編號為1，逆風向編號為2，來流橫橋向時編號為3。

2試驗結果與分析

2．1數據處理

由天平測出體軸系下的三分力FX、FY、FZ，可分別得到順橋向與橫橋向的水平阻力。

2．2結果分析

2．2．1風向對阻力系數的影響本試驗中，邊跨或中跨拉索的傾角固定，來流方向從沿縱橋向往橫橋向變化時，拉索的阻力系數逐漸增大，橫橋向時阻力系數達到最大值，從圖5和圖6數據分析，橫橋向時的拉索阻力系數可達縱橋向阻力系數的15倍左右。來流沿縱橋向時，在順風向時拉索將產生向下的壓力，逆風向時產生向上的升力，隨風速的增加，在這兩個風向下阻力系數變化不大，并且兩者阻力系數比較接近，順風向下阻力系數稍大于處于逆風向時的情況。對比中跨和邊跨拉索在來流沿縱橋向時的試驗數據，邊跨拉索阻力系數大于中跨拉索情況，分析其原因，主要是其傾斜角不一致所致，中跨拉索α=21°，邊跨拉索α=36°。可見，來流沿縱橋向時，拉索的傾角是影響拉索阻力系數的主要因素。在實橋中，邊跨小直徑拉索的傾斜角大于中跨的大直徑拉索，根據以往的研究成果，傾斜角增大會明顯增加阻力系數［5］，本試驗符合該現象。

2．2．2表面粗糙度對阻力系數影響同種工況下，螺旋線表面拉索與壓花表面拉索阻力系數大于光滑表面情況，這說明隨著表面粗糙度的增加，拉索阻力系數也隨之增加。對于螺旋線表面，隨著螺旋線高度的增加，阻力系數逐步增大，但風速的增大對阻力系數影響并不明顯，因此，實際工程中，采用粘貼螺旋線改變拉索的氣動特性，是抑制拉索風致振動特別是風雨振動的較好舉措。同工況下，壓花表面拉索阻力系數小于螺旋線表面情況，但壓花表面拉索阻力系數隨風速的增大有明顯增大，因此，在實際工程中采用壓花表面改善拉索氣動特性時尤其要注意其引起結構風荷載的增加幅度。各工況下阻力系數分布如圖7～14所示。

2．2．3縱橋向試驗結果與現行規范的對比我國現行的公路橋梁抗風設計規范［1］根據蘇通大橋的斜拉索實驗［6］，對斜拉索縱橋向阻力系數進行了定義，規范的取值是根據光滑表面拉索的風洞試驗數據得出。規范規定具有一定傾斜角的斜拉索阻力系數可近似按以下公式取值。其中，系數A在風速為25m/s時取值為1，當在設計風速下時取值為0.8;當傾斜角為90°時，Cd=A。對比同工況下阻力系數試驗值與上述規范采用的經驗公式取值，試驗值小于規范取值，規范取值偏于保守。上述經驗公式只考慮拉索傾角影響，而實際橋梁拉索與縱橋向一般會有一定偏角，因此，斜拉索傾角和風偏角對其阻力系數的綜合影響有待進一步研究。

3結論

根據以上的研究和分析，可以得出以下結論。1)來流方向從順橋向往橫橋向變化時，阻力系數逐漸增大;來流方向沿縱橋向時拉索傾角對阻力系數值影響較大，風速對其影響較小。2)阻力系數隨表面粗糙度的增加而增大，螺旋線表面阻力系數大于壓花表面阻力系數。3)螺旋線表面拉索阻力系數受風速影響較小，壓花表面阻力系數隨風速的增大而增大。4)對比試驗值與規范公式取值，規范取值偏于保守，斜拉索傾角和風偏角對其阻力系數的綜合影響有待進一步研究。

作者：李志國曾加東李明水單位：西南交通大學土木工程學院