Page 230 - 《振动工程学报》2026年第3期

830 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

的模态频率与阻尼比之间的相关性较弱。GOHAR
等 ［29］ 发现桥梁在运营期间所受到的结构损伤和加固 2 动力特性分析
形式均会对其阻尼比产生较大影响。HWANG 等 ［30］
对一座大跨斜拉桥进行多年监测，结果表明结构各 2. 1 全桥有限元模型分析
模态阻尼比受温度影响较为显著，大体上表现为各
采 用 大 型 通 用 商 业 有 限 元 分 析 软 件 ANSYS
阶模态阻尼比随温度的上升而减小，并具有一定的
APDL 对换索施工阶段的夷陵长江大桥建立三维全
振幅依赖性。
桥有限元模型，其中主梁和桥塔采用 BEAM188 单元
本文以更换斜拉索施工期的湖北宜昌夷陵长江
模拟，斜拉索采用只受拉的 LINK180 单元模拟，主梁
大桥为工程背景，研究换索施工期间施工围挡对主
内混凝土横隔板、人行道铺装、人行道栏杆、防撞栏
梁抗风性能的影响。首先，对主梁换索施工期动力
杆以及施工期围挡等均用 MASS21 节点质量单元
特性开展现场实测，为风洞试验提供参数依据。随
模拟。由于在换索施工期内应将桥面以上 4 cm 厚
后基于 1∶40 比例节段模型风洞试验研究了施工围
铺装铲除，因此模型中不考虑桥面铺装质量的影响。
挡对主梁涡振、颤振、驰振等抗风性能的影响。
由于主梁为抗扭刚度较大的闭口单箱梁截面，因此
全桥采用脊骨梁式计算模型，主梁节点与斜拉索下
1 工程背景
吊点之间采用 MPC184 刚臂单元连接。全桥三维有
限元模型如图 3 所示。
湖北宜昌夷陵长江大桥主桥全长 936 m，为三塔四

跨预应力混凝土箱梁斜拉桥，跨径布置为（38+38.5+
43.5+348+348+43.5+38.5+38） m，全 桥 布 置 图
如图 1 所示。桥面设计为双向四车道城市主干道，设

计速度为 60 km/h，主梁为单箱三室倒梯形带斜腹板
式截面箱梁，桥面全宽 23 m。大桥通车运营 23 年，拟
对斜拉索进行为期一年的换索施工。在换索施工期
间，封闭桥面机动车道，仅允许两侧行人及非机动车 图 3 全桥有限元模型
通行，同时将桥面 4 cm 厚铺装层拆除以减轻恒载，并 Fig. 3 Finite element model of bridge
在机动车道两侧防撞护栏内各设置一道高度为 2.5 m
全 桥 有 限 元 模 型 动 力 特 性 计 算 结 果 如 表 1 所
的实心围挡作为临时隔离措施，主梁标准断面图及施
示 。 主 梁 的 一 阶 竖 弯 和 扭 转 模 态 的 扭 弯 频 率 比
工期围挡布设位置如图 2所示。主梁的气动外形因围
（f t /f h ）较大，约为 3.99，对颤振稳定有利。
挡而发生显著变化，因此，有必要对大桥换索施工期
间主梁的抗风性能进行研究，避免大幅风致振动的发 表 1 换索施工阶段主梁动力特性
生，保证大桥施工及运营安全。 Tab. 1 Dynamic characteristics of main girder in cable
replacement construction stage
阶次 频率/Hz 振型描述
1 阶 0.267 一阶反对称竖弯
2 阶 0.478 一阶正对称竖弯
图 1 全桥布置图（单位：m） 3 阶 0.486 一阶反对称横弯
Fig. 1 Layout of bridge （Unit： m） 4 阶 0.559 一阶正对称横弯
5 阶 0.571 二阶反对称竖弯
6 阶 0.674 二阶正对称竖弯
7 阶 1.067 一阶反对称扭转

2. 2 换索施工阶段主梁动力特性实测
由于该桥已成桥运营多年，为验证有限元计算
结果的准确性，以及得到大桥在换索施工期间主梁
图 2 主梁标准断面图（含换索施工阶段围挡）（单位：mm）
的真实阻尼比，为下一步开展风洞试验提供数据支
Fig. 2 Standard section of bridge girder（including cable
replacement construction stage enclosure） （Unit： mm） 撑，开展了基于环境激励法的主梁动力特性实测。