【摘要】本文首先通過模型風洞試驗獲得丫譬沙大橋轉(zhuǎn)體施工時各結(jié)構(gòu)的六分力系數(shù)，進而根據(jù)試驗結(jié)果對大橋施工狀態(tài)進行了抗風穩(wěn)定性研究及風致內(nèi)力分析，分析表明丫含沙大橋轉(zhuǎn)體施工時不會發(fā)生風致傾覆及風致強度問題。
關(guān)鍵詞 鋼管混凝土拱橋 轉(zhuǎn)體施工 抗風穩(wěn)定性 風洞試驗
一、概述
廣州丫髻沙大橋主橋為鋼管混凝土系桿拱橋，主跨達360m，為目前國內(nèi)同類橋梁之最。因橋位地形、橋下通航、橋梁結(jié)構(gòu)本身的特點等原因，該橋采用轉(zhuǎn)體施工工藝進行施工。其主要過程是先在支架上形成拱肋，然后堅轉(zhuǎn)主拱肋至設(shè)計高度，而后又整體平轉(zhuǎn)到位。在平轉(zhuǎn)過程中主、邊拱肋均脫離了施工支架，整個結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)盤支撐。
丫髻沙大橋地處沿海臺風多發(fā)區(qū)，其施工設(shè)計風速為35.4m／s。在平轉(zhuǎn)時主、邊拱肋懸臂長度均較大，其主拱肋懸臂水平投影長度達172m，邊拱肋懸臂水平投影長度為72m，兩者相差又較大，因而其所受的強風風載很大，且會力作用點又有較大的偏心。因此橋梁在轉(zhuǎn)體施工過程中的抗風安全性是設(shè)計、施工等單位所十分關(guān)心的問題，本文對該橋在轉(zhuǎn)體施工過程中的風致傾覆穩(wěn)定性和風致內(nèi)力進行了模型風洞試驗及計算分析研究。
丫髻沙大橋的轉(zhuǎn)體施工狀態(tài)結(jié)構(gòu)由索塔、邊拱、主拱和轉(zhuǎn)盤等組成。鑒于實際結(jié)構(gòu)構(gòu)造、空氣三維流動、風向角等的復(fù)雜性，本文采取了將風洞模型試驗與有限元數(shù)值分析相結(jié)合的方法進行研究。下面介紹采用該方法進行研究的主要過程及結(jié)論。
二、模型風洞試驗
為了研究丫髻沙大橋在轉(zhuǎn)體施工過程中的抗風穩(wěn)定性和風致結(jié)構(gòu)內(nèi)力，首先應(yīng)獲得結(jié)構(gòu)上作用的風力，對于三維空間結(jié)構(gòu)來說，其風致作用力應(yīng)有6個分量，即六分力。
模型風洞試驗的目的是通過測量風在模型上作用的六分力，進而求得相應(yīng)的六分力系數(shù)，為有限元數(shù)值分析提供數(shù)據(jù)。
如分別以Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z，My，Mz表示六分力，以 Cx，Cy，Cz，CMx，CMy，CMz表示相應(yīng)的六分力系數(shù)。則可定義：
力
式中，ρ為空氣密度，V為風速，H和B為結(jié)構(gòu)特征尺度，原則上可取任何尺寸，本文統(tǒng)一取H為塔高，B為兩拱之間特征尺度。這樣，根據(jù)模型風洞試驗測得的模型的六分力及試驗風速，即可求得相應(yīng)的六分力系數(shù)。
模型試驗在西南交通大學(xué) XNJD-1風洞第一試驗段進行，該試驗段尺寸為 3.6m X3.0m X 8.0m（寬X高X長），穩(wěn)定風速為0.5～22.5m／s。根據(jù)試驗段尺寸及測力試驗的要求，將模型幾何縮尺比取為1:120。模型由索塔、主拱（含撐架）、邊拱和上轉(zhuǎn)盤幾部分構(gòu)成，索塔、主拱和邊拱采用不同直徑的細銅棒及薄銅板焊接而成，上轉(zhuǎn)盤用硬木加工而成。測力用的六分量天平安裝在模型上轉(zhuǎn)盤底部。為了保證模型區(qū)的流場品質(zhì)，采用0.5m高的鋼管立柱將模型升高。鋼管立柱下端與風洞轉(zhuǎn)盤相連，轉(zhuǎn)盤可在水平面內(nèi)作360°回轉(zhuǎn)，以改變模型的水平偏角（β角）。β角的定義為：當風向與橋跨向正交時且沿如圖1所示x軸負向時，β=0°；當風向為順橋向時，β=+90°表示風自主跨向邊跨方向吹；β=-90°表示風自邊跨向主跨方向吹。試驗在均勻流條件下進行，來流速度由設(shè)置的模型上風側(cè)的熱線風速儀測量。
根據(jù)傾覆穩(wěn)定性及內(nèi)力的計算需要，測力試驗除需獲得整個結(jié)構(gòu)的六分力系數(shù)之外，還需分別獲得索塔、主拱和邊拱各自的六分力系數(shù)。為此，試驗按索塔（狀態(tài)一）、索塔十邊拱（狀態(tài)二）、索塔十主拱（狀態(tài)三）、索塔十邊拱十主拱（狀態(tài)四）四種狀態(tài)進行。這樣，如取相同的結(jié)構(gòu)特征尺度，由狀態(tài)二所得的六分力系數(shù)減去狀態(tài)一所得的六分力系數(shù)即為邊拱的六分力系數(shù)；由狀態(tài)三所得的六分力系數(shù)減去狀態(tài)一所得的六分力系數(shù)即為主拱的六分力系數(shù)，索塔和全結(jié)構(gòu)各自的六分力系數(shù)分別由狀態(tài)一和狀態(tài)四的求得。
考慮到轉(zhuǎn)體施工過程中可能遭遇各個方向來風，試驗的水平偏角共設(shè)置13個，即從β=-90°到β=+90°，每15°一個間隔，每個偏角情況下的六分力均由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得，試驗風速取V＝6m／s和V＝10m／s兩種，以考查雷諾數(shù)對試驗結(jié)果的影響。
試驗表明，在每種β角情況下，由狀態(tài)一、二、三獲得的索塔、邊拱和主拱各自的六分力系數(shù)之和。均與狀態(tài)四測得的全結(jié)構(gòu)六分力系數(shù)之值吻合良好。這表明，對于此類透風良好的行架結(jié)構(gòu)，各部分之間的流場相互干擾作用微弱，可忽略不計，按前述方法分四種狀態(tài)測量索塔、邊拱、主拱等各自的六分力系數(shù)是合理的。試驗還表明。每個水平偏角時兩種風速下獲得的六分力系數(shù)基本一致。這說明在此風速范圍內(nèi)雷諾數(shù)影響不大，同時也避免了測量中的偶然誤差。
限于篇幅，本文僅給出表1所示的全結(jié)構(gòu)的六分力系數(shù)。
三、結(jié)構(gòu)抗風性能計算分析
根據(jù)丫髻沙大橋轉(zhuǎn)體施工設(shè)計要求，施工時先主拱豎轉(zhuǎn)然后整體平轉(zhuǎn)，而主拱豎轉(zhuǎn)時邊拱有支架支撐，因而施工過程中風致最不利狀態(tài)應(yīng)為平轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時，其風致內(nèi)力的控制截面位于塔底和拱腳。本文采用基于三維有限元方法的橋梁結(jié)構(gòu)分析程序BSSAP計算上述截面的風致內(nèi)力以及抗風索的風致張力。結(jié)構(gòu)無抗風索狀態(tài)時的計算簡圖如圖1所示，對于主拱肋的上弦及下弦，分別將其簡化為梁單元。對于扣索和抗風索，則采用考慮初張力的桿單元。根據(jù)試驗得出的結(jié)構(gòu)各部分六分力系數(shù)，分別按風速沿橋長方向均勻分布（情況1）和非對稱分析（情況2）兩種情況對結(jié)構(gòu)加載，風速滑橋長方向的不均勻分布參照英國規(guī)范BS5400方法進行，取邊拱風速為主拱風速的1:
另外，施工設(shè)計還要求，在強風條件下不宜進行轉(zhuǎn)體施工。并應(yīng)在主拱肋兩邊設(shè)置抗風索，故本文按施工時可能遇到的風速如6級風情況進行內(nèi)力計算，還考慮遭遇極端風的意外情況，按施工設(shè)計風速V＝35.4m／s進行了內(nèi)力計算。
1．傾覆穩(wěn)定性計算
結(jié)構(gòu)的傾覆穩(wěn)定性取決于結(jié)構(gòu)自重構(gòu)成的抗傾覆力矩與風力構(gòu)成的傾覆力矩二者之間的關(guān)系。當風速低于傾覆臨界風速時，傾覆力矩小于抗傾覆力矩，結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的；當風速高于傾覆臨界風速時，傾覆力矩大于抗傾覆力矩，結(jié)構(gòu)發(fā)生傾覆。
傾覆穩(wěn)定性計算按考慮與不考慮風速沿橋長方向和不均勻性兩種情況進行。風速沿橋長方向的不均勻性參照英國規(guī)范BS5400方法，取邊拱風速為主拱風速的1：。
計算時按元抗風索情況進行，根據(jù)結(jié)構(gòu)重力、重心位置及撐腳位置，可計算出抗傾覆力矩之值；根據(jù)試驗測得的各部分六分力系數(shù)對結(jié)構(gòu)加載，求得傾覆力矩，由此可確定各種β角情況下的傾覆臨界風速。
計算表明：當風向角β=-60°且不考慮風速滑橋長方向的不均勻性時，發(fā)生傾覆的臨界風速為最低，為97m／s。如考慮陣風效應(yīng)的作用，則據(jù)文獻[1]，相應(yīng)于橋位處1類地表粗糙度的風速陣風因子為 1.38，則施工設(shè)計風速的陣風風速為 1.38 X 35.4＝48.9m／s?？梢?，發(fā)生傾覆的最低臨界風速已遠大于該陣風風速，其工作安全系數(shù)達到 97.0 ／48.9＝1.98，因此, 該橋轉(zhuǎn)體施工狀態(tài)不會發(fā)生傾覆現(xiàn)象。
2．風致平轉(zhuǎn)力矩計算
由于轉(zhuǎn)盤兩邊的主、邊拱的結(jié)構(gòu)形式及長度不同，作用于結(jié)構(gòu)的風荷載會產(chǎn)生使全結(jié)構(gòu)發(fā)生平轉(zhuǎn)的力矩MY，而平轉(zhuǎn)力矩對轉(zhuǎn)體施工是十分不利的。本文計算分析了不同風速、不同水平偏角時風致平轉(zhuǎn)力矩，表2列出了最不利情況β=15°時不同風速下的My值。
表2給出了6級風以上至施工設(shè)計風速各級風速時兩種情況下的平轉(zhuǎn)力矩，小于6級風時的平轉(zhuǎn)力矩可根據(jù)風速的平方比例關(guān)系求得。
從表2可知，結(jié)構(gòu)在強風風荷載作用下發(fā)生平轉(zhuǎn)的力矩較大，尤其是當考慮風沿橋跨的空間不均勻分布（情況2）時，其平轉(zhuǎn)力短更大，約為對稱加載時的5倍。建設(shè)施工單位根據(jù)平轉(zhuǎn)時的氣象條件及轉(zhuǎn)盤所能提供的平轉(zhuǎn)低抗力矩考慮是否設(shè)置止轉(zhuǎn)裝置。
3．風致結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算
鑒于不同氣象條件下可能采取不同的抗風措施，風致結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算考慮常遇風如6級風和施工設(shè)計風速極端風兩種風速情況進行，根據(jù)施工設(shè)計要求，在極端風時主拱肋兩側(cè)張拉抗風索。因此，按下列四種工況進行：
（l）6級風（相應(yīng)于橋面風速V＝17m／s）作用下，拱肋兩側(cè)未張拉抗風索，上轉(zhuǎn)盤底部摩擦力足以提供平轉(zhuǎn)嵌固作用。
（2）6級風（V＝17m／s）作用下，拱肋兩側(cè)張拉抗風索，上轉(zhuǎn)盤底部同樣由摩擦力提供平轉(zhuǎn)嵌固作用。
（3）施工設(shè)計風速（V＝35.4m／s排用下，拱肋兩側(cè)抗風索完全張拉，轉(zhuǎn)盤處設(shè)置平轉(zhuǎn)止轉(zhuǎn)裝置，且正常工作，故上轉(zhuǎn)盤底部為嵌固。
（4）施工設(shè)計風速（V＝35.4m／s排用下，拱肋兩側(cè)抗風索完全張拉，假定止轉(zhuǎn)裝置失效，上轉(zhuǎn)盤底部僅由動摩擦力（摩擦系數(shù)取0.04）提供平轉(zhuǎn)抵抗力矩。
分別按工況1、工況2、工況 3和工況4計算出由風載引起的抗風索張力和控制截面的內(nèi)力。計算表明，在工況2、工況3時拱肋抗風索張力較小，而在工況4且風速非對稱條件下（情況二），長抗風索的張力為1287kN，短抗風索的張力為645kN。很顯然，工況4時的抗風索張力與預(yù)緊力之和已大于抗風索的承載能力，而此時由轉(zhuǎn)盤底部摩擦力提供的力矩難以抵抗風致平轉(zhuǎn)力矩，這對結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性是十分不利的。這也說明，在轉(zhuǎn)盤處設(shè)置止轉(zhuǎn)裝置是必要的。
表3給出了工況1、工況太工況3在均勻風速作用下控制截面的軸力。由于非對稱風速情況下的內(nèi)力均較均布風速情況下小，故未列出。而工況4，由于此時已無法約束結(jié)構(gòu)整體平轉(zhuǎn)，其內(nèi)力計算已失去意義。
由表3可見，在6級風作用下，設(shè)與不設(shè)拱肋抗風索對結(jié)構(gòu)危險截面的內(nèi)力影響很小。對于止轉(zhuǎn)裝置工作的工況3，結(jié)構(gòu)控制截面的內(nèi)力也不大。
另外，應(yīng)注意到拱助抗風索的張力的豎向分力會產(chǎn)生順橋向的附加傾覆力矩，為了提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，建議施工單位，如果在平轉(zhuǎn)過程中遇到強風，而此時邊跨尚無支架支撐，應(yīng)在邊跨、主跨兩邊同時設(shè)置抗風索。
四、結(jié)論
通過前述的風洞試驗及計算分析研究，可以得出如下結(jié)論：
(1)丫髻沙大橋在轉(zhuǎn)體施工過程中，在施工設(shè)計風速范圍內(nèi)不會發(fā)生風致傾覆問題。
（2）結(jié)構(gòu)風致響應(yīng)內(nèi)力計算結(jié)構(gòu)表明，丫髻沙大橋在轉(zhuǎn)體施工過程中，在設(shè)計風速范圍內(nèi)風致內(nèi)力較小，不會出現(xiàn)風致強度破壞的情況。
（3）為了提高丫髻沙大橋在轉(zhuǎn)體施工中的穩(wěn)定性，建議在轉(zhuǎn)盤處設(shè)置止轉(zhuǎn)裝置，以防在施工過程中遭遇意外強風襲擊而發(fā)生風致轉(zhuǎn)動。
參考文獻
【1】公路橋梁抗風設(shè)計指南．北京：人民交通出版社， 1996
關(guān)鍵詞 鋼管混凝土拱橋 轉(zhuǎn)體施工 抗風穩(wěn)定性 風洞試驗
一、概述
廣州丫髻沙大橋主橋為鋼管混凝土系桿拱橋，主跨達360m，為目前國內(nèi)同類橋梁之最。因橋位地形、橋下通航、橋梁結(jié)構(gòu)本身的特點等原因，該橋采用轉(zhuǎn)體施工工藝進行施工。其主要過程是先在支架上形成拱肋，然后堅轉(zhuǎn)主拱肋至設(shè)計高度，而后又整體平轉(zhuǎn)到位。在平轉(zhuǎn)過程中主、邊拱肋均脫離了施工支架，整個結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)盤支撐。
丫髻沙大橋地處沿海臺風多發(fā)區(qū)，其施工設(shè)計風速為35.4m／s。在平轉(zhuǎn)時主、邊拱肋懸臂長度均較大，其主拱肋懸臂水平投影長度達172m，邊拱肋懸臂水平投影長度為72m，兩者相差又較大，因而其所受的強風風載很大，且會力作用點又有較大的偏心。因此橋梁在轉(zhuǎn)體施工過程中的抗風安全性是設(shè)計、施工等單位所十分關(guān)心的問題，本文對該橋在轉(zhuǎn)體施工過程中的風致傾覆穩(wěn)定性和風致內(nèi)力進行了模型風洞試驗及計算分析研究。
丫髻沙大橋的轉(zhuǎn)體施工狀態(tài)結(jié)構(gòu)由索塔、邊拱、主拱和轉(zhuǎn)盤等組成。鑒于實際結(jié)構(gòu)構(gòu)造、空氣三維流動、風向角等的復(fù)雜性，本文采取了將風洞模型試驗與有限元數(shù)值分析相結(jié)合的方法進行研究。下面介紹采用該方法進行研究的主要過程及結(jié)論。
二、模型風洞試驗
為了研究丫髻沙大橋在轉(zhuǎn)體施工過程中的抗風穩(wěn)定性和風致結(jié)構(gòu)內(nèi)力，首先應(yīng)獲得結(jié)構(gòu)上作用的風力，對于三維空間結(jié)構(gòu)來說，其風致作用力應(yīng)有6個分量，即六分力。
模型風洞試驗的目的是通過測量風在模型上作用的六分力，進而求得相應(yīng)的六分力系數(shù)，為有限元數(shù)值分析提供數(shù)據(jù)。
如分別以Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z，My，Mz表示六分力，以 Cx，Cy，Cz，CMx，CMy，CMz表示相應(yīng)的六分力系數(shù)。則可定義：
力
式中，ρ為空氣密度，V為風速，H和B為結(jié)構(gòu)特征尺度，原則上可取任何尺寸，本文統(tǒng)一取H為塔高，B為兩拱之間特征尺度。這樣，根據(jù)模型風洞試驗測得的模型的六分力及試驗風速，即可求得相應(yīng)的六分力系數(shù)。
模型試驗在西南交通大學(xué) XNJD-1風洞第一試驗段進行，該試驗段尺寸為 3.6m X3.0m X 8.0m（寬X高X長），穩(wěn)定風速為0.5～22.5m／s。根據(jù)試驗段尺寸及測力試驗的要求，將模型幾何縮尺比取為1:120。模型由索塔、主拱（含撐架）、邊拱和上轉(zhuǎn)盤幾部分構(gòu)成，索塔、主拱和邊拱采用不同直徑的細銅棒及薄銅板焊接而成，上轉(zhuǎn)盤用硬木加工而成。測力用的六分量天平安裝在模型上轉(zhuǎn)盤底部。為了保證模型區(qū)的流場品質(zhì)，采用0.5m高的鋼管立柱將模型升高。鋼管立柱下端與風洞轉(zhuǎn)盤相連，轉(zhuǎn)盤可在水平面內(nèi)作360°回轉(zhuǎn)，以改變模型的水平偏角（β角）。β角的定義為：當風向與橋跨向正交時且沿如圖1所示x軸負向時，β=0°；當風向為順橋向時，β=+90°表示風自主跨向邊跨方向吹；β=-90°表示風自邊跨向主跨方向吹。試驗在均勻流條件下進行，來流速度由設(shè)置的模型上風側(cè)的熱線風速儀測量。
根據(jù)傾覆穩(wěn)定性及內(nèi)力的計算需要，測力試驗除需獲得整個結(jié)構(gòu)的六分力系數(shù)之外，還需分別獲得索塔、主拱和邊拱各自的六分力系數(shù)。為此，試驗按索塔（狀態(tài)一）、索塔十邊拱（狀態(tài)二）、索塔十主拱（狀態(tài)三）、索塔十邊拱十主拱（狀態(tài)四）四種狀態(tài)進行。這樣，如取相同的結(jié)構(gòu)特征尺度，由狀態(tài)二所得的六分力系數(shù)減去狀態(tài)一所得的六分力系數(shù)即為邊拱的六分力系數(shù)；由狀態(tài)三所得的六分力系數(shù)減去狀態(tài)一所得的六分力系數(shù)即為主拱的六分力系數(shù)，索塔和全結(jié)構(gòu)各自的六分力系數(shù)分別由狀態(tài)一和狀態(tài)四的求得。
考慮到轉(zhuǎn)體施工過程中可能遭遇各個方向來風，試驗的水平偏角共設(shè)置13個，即從β=-90°到β=+90°，每15°一個間隔，每個偏角情況下的六分力均由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得，試驗風速取V＝6m／s和V＝10m／s兩種，以考查雷諾數(shù)對試驗結(jié)果的影響。
試驗表明，在每種β角情況下，由狀態(tài)一、二、三獲得的索塔、邊拱和主拱各自的六分力系數(shù)之和。均與狀態(tài)四測得的全結(jié)構(gòu)六分力系數(shù)之值吻合良好。這表明，對于此類透風良好的行架結(jié)構(gòu)，各部分之間的流場相互干擾作用微弱，可忽略不計，按前述方法分四種狀態(tài)測量索塔、邊拱、主拱等各自的六分力系數(shù)是合理的。試驗還表明。每個水平偏角時兩種風速下獲得的六分力系數(shù)基本一致。這說明在此風速范圍內(nèi)雷諾數(shù)影響不大，同時也避免了測量中的偶然誤差。
限于篇幅，本文僅給出表1所示的全結(jié)構(gòu)的六分力系數(shù)。
三、結(jié)構(gòu)抗風性能計算分析
根據(jù)丫髻沙大橋轉(zhuǎn)體施工設(shè)計要求，施工時先主拱豎轉(zhuǎn)然后整體平轉(zhuǎn)，而主拱豎轉(zhuǎn)時邊拱有支架支撐，因而施工過程中風致最不利狀態(tài)應(yīng)為平轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時，其風致內(nèi)力的控制截面位于塔底和拱腳。本文采用基于三維有限元方法的橋梁結(jié)構(gòu)分析程序BSSAP計算上述截面的風致內(nèi)力以及抗風索的風致張力。結(jié)構(gòu)無抗風索狀態(tài)時的計算簡圖如圖1所示，對于主拱肋的上弦及下弦，分別將其簡化為梁單元。對于扣索和抗風索，則采用考慮初張力的桿單元。根據(jù)試驗得出的結(jié)構(gòu)各部分六分力系數(shù)，分別按風速沿橋長方向均勻分布（情況1）和非對稱分析（情況2）兩種情況對結(jié)構(gòu)加載，風速滑橋長方向的不均勻分布參照英國規(guī)范BS5400方法進行，取邊拱風速為主拱風速的1:
另外，施工設(shè)計還要求，在強風條件下不宜進行轉(zhuǎn)體施工。并應(yīng)在主拱肋兩邊設(shè)置抗風索，故本文按施工時可能遇到的風速如6級風情況進行內(nèi)力計算，還考慮遭遇極端風的意外情況，按施工設(shè)計風速V＝35.4m／s進行了內(nèi)力計算。
1．傾覆穩(wěn)定性計算
結(jié)構(gòu)的傾覆穩(wěn)定性取決于結(jié)構(gòu)自重構(gòu)成的抗傾覆力矩與風力構(gòu)成的傾覆力矩二者之間的關(guān)系。當風速低于傾覆臨界風速時，傾覆力矩小于抗傾覆力矩，結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的；當風速高于傾覆臨界風速時，傾覆力矩大于抗傾覆力矩，結(jié)構(gòu)發(fā)生傾覆。
傾覆穩(wěn)定性計算按考慮與不考慮風速沿橋長方向和不均勻性兩種情況進行。風速沿橋長方向的不均勻性參照英國規(guī)范BS5400方法，取邊拱風速為主拱風速的1：。
計算時按元抗風索情況進行，根據(jù)結(jié)構(gòu)重力、重心位置及撐腳位置，可計算出抗傾覆力矩之值；根據(jù)試驗測得的各部分六分力系數(shù)對結(jié)構(gòu)加載，求得傾覆力矩，由此可確定各種β角情況下的傾覆臨界風速。
計算表明：當風向角β=-60°且不考慮風速滑橋長方向的不均勻性時，發(fā)生傾覆的臨界風速為最低，為97m／s。如考慮陣風效應(yīng)的作用，則據(jù)文獻[1]，相應(yīng)于橋位處1類地表粗糙度的風速陣風因子為 1.38，則施工設(shè)計風速的陣風風速為 1.38 X 35.4＝48.9m／s?？梢?，發(fā)生傾覆的最低臨界風速已遠大于該陣風風速，其工作安全系數(shù)達到 97.0 ／48.9＝1.98，因此, 該橋轉(zhuǎn)體施工狀態(tài)不會發(fā)生傾覆現(xiàn)象。
2．風致平轉(zhuǎn)力矩計算
由于轉(zhuǎn)盤兩邊的主、邊拱的結(jié)構(gòu)形式及長度不同，作用于結(jié)構(gòu)的風荷載會產(chǎn)生使全結(jié)構(gòu)發(fā)生平轉(zhuǎn)的力矩MY，而平轉(zhuǎn)力矩對轉(zhuǎn)體施工是十分不利的。本文計算分析了不同風速、不同水平偏角時風致平轉(zhuǎn)力矩，表2列出了最不利情況β=15°時不同風速下的My值。
表2給出了6級風以上至施工設(shè)計風速各級風速時兩種情況下的平轉(zhuǎn)力矩，小于6級風時的平轉(zhuǎn)力矩可根據(jù)風速的平方比例關(guān)系求得。
從表2可知，結(jié)構(gòu)在強風風荷載作用下發(fā)生平轉(zhuǎn)的力矩較大，尤其是當考慮風沿橋跨的空間不均勻分布（情況2）時，其平轉(zhuǎn)力短更大，約為對稱加載時的5倍。建設(shè)施工單位根據(jù)平轉(zhuǎn)時的氣象條件及轉(zhuǎn)盤所能提供的平轉(zhuǎn)低抗力矩考慮是否設(shè)置止轉(zhuǎn)裝置。
3．風致結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算
鑒于不同氣象條件下可能采取不同的抗風措施，風致結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算考慮常遇風如6級風和施工設(shè)計風速極端風兩種風速情況進行，根據(jù)施工設(shè)計要求，在極端風時主拱肋兩側(cè)張拉抗風索。因此，按下列四種工況進行：
（l）6級風（相應(yīng)于橋面風速V＝17m／s）作用下，拱肋兩側(cè)未張拉抗風索，上轉(zhuǎn)盤底部摩擦力足以提供平轉(zhuǎn)嵌固作用。
（2）6級風（V＝17m／s）作用下，拱肋兩側(cè)張拉抗風索，上轉(zhuǎn)盤底部同樣由摩擦力提供平轉(zhuǎn)嵌固作用。
（3）施工設(shè)計風速（V＝35.4m／s排用下，拱肋兩側(cè)抗風索完全張拉，轉(zhuǎn)盤處設(shè)置平轉(zhuǎn)止轉(zhuǎn)裝置，且正常工作，故上轉(zhuǎn)盤底部為嵌固。
（4）施工設(shè)計風速（V＝35.4m／s排用下，拱肋兩側(cè)抗風索完全張拉，假定止轉(zhuǎn)裝置失效，上轉(zhuǎn)盤底部僅由動摩擦力（摩擦系數(shù)取0.04）提供平轉(zhuǎn)抵抗力矩。
分別按工況1、工況2、工況 3和工況4計算出由風載引起的抗風索張力和控制截面的內(nèi)力。計算表明，在工況2、工況3時拱肋抗風索張力較小，而在工況4且風速非對稱條件下（情況二），長抗風索的張力為1287kN，短抗風索的張力為645kN。很顯然，工況4時的抗風索張力與預(yù)緊力之和已大于抗風索的承載能力，而此時由轉(zhuǎn)盤底部摩擦力提供的力矩難以抵抗風致平轉(zhuǎn)力矩，這對結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性是十分不利的。這也說明，在轉(zhuǎn)盤處設(shè)置止轉(zhuǎn)裝置是必要的。
表3給出了工況1、工況太工況3在均勻風速作用下控制截面的軸力。由于非對稱風速情況下的內(nèi)力均較均布風速情況下小，故未列出。而工況4，由于此時已無法約束結(jié)構(gòu)整體平轉(zhuǎn)，其內(nèi)力計算已失去意義。
由表3可見，在6級風作用下，設(shè)與不設(shè)拱肋抗風索對結(jié)構(gòu)危險截面的內(nèi)力影響很小。對于止轉(zhuǎn)裝置工作的工況3，結(jié)構(gòu)控制截面的內(nèi)力也不大。
另外，應(yīng)注意到拱助抗風索的張力的豎向分力會產(chǎn)生順橋向的附加傾覆力矩，為了提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，建議施工單位，如果在平轉(zhuǎn)過程中遇到強風，而此時邊跨尚無支架支撐，應(yīng)在邊跨、主跨兩邊同時設(shè)置抗風索。
四、結(jié)論
通過前述的風洞試驗及計算分析研究，可以得出如下結(jié)論：
(1)丫髻沙大橋在轉(zhuǎn)體施工過程中，在施工設(shè)計風速范圍內(nèi)不會發(fā)生風致傾覆問題。
（2）結(jié)構(gòu)風致響應(yīng)內(nèi)力計算結(jié)構(gòu)表明，丫髻沙大橋在轉(zhuǎn)體施工過程中，在設(shè)計風速范圍內(nèi)風致內(nèi)力較小，不會出現(xiàn)風致強度破壞的情況。
（3）為了提高丫髻沙大橋在轉(zhuǎn)體施工中的穩(wěn)定性，建議在轉(zhuǎn)盤處設(shè)置止轉(zhuǎn)裝置，以防在施工過程中遭遇意外強風襲擊而發(fā)生風致轉(zhuǎn)動。
參考文獻
【1】公路橋梁抗風設(shè)計指南．北京：人民交通出版社， 1996
