管道懸索橋抗風穩定性研究

李 鵬

（西安長慶科技工程有限責任公司， 陜西 西安 710003）

1 管道懸索橋的概述及其發展

管道懸索橋是用于支撐管道的橋梁，由于其橋面主要支撐在懸索之上，因此被人們稱之為管道懸索橋。與傳統的拱橋所不同的是，管道懸索橋的橋面并不完全依靠于橋墩的支撐力。這是由于在管道懸索橋的兩端存在有用于維持懸索橋橋面平衡的懸索，這些懸索可以為橋面提供相應的拉力，從而使其可以保持平衡。此外與傳統拱橋所不同的是，拱橋中橋墩的承重結構往往為剛性，易出現損壞，而懸索橋中懸索的承重結構為柔性，不易出現損壞的現象。目前，人們所常見的管道懸索橋一般由懸索、索塔、錨碇、吊桿以及橋面等幾部分所組成。其中懸索一般用于對橋面施加拉力，進而確保橋面平穩。而索塔則主要用于固定懸索。錨碇與吊桿則可以將懸索與橋面相固定。為了有效提高管道索道橋的穩定性以及安全性，人們在建設管道索道橋時常常會采用高強度鋼絲作為懸索橋的懸索。使用懸索橋作為管道運輸橋梁不但可以提高橋梁的抗震性能，同時還可以從一定程度加強其美觀程度。并且，通過使用懸索橋進行管道運輸也可以從一定程度上降低建設成本。

隨著技術的不斷發展，現代懸索橋不但可以用于實現管道運輸，同時也可以用于車輛與行人通行。然而古代的懸索橋由于材質與技術均無法與現代相比，因此古代的懸索橋僅能用于行人通行。記載中最早的懸索橋是李冰所建造的笮橋，其懸索主要由藤與麻繩所制，而橋面則主要由木板所制，可以用于行人通行，但無法通過車輛。隨著社會的發展，在1801年藤浦萊曼建設了鐵鏈懸索橋，其中懸索由鐵鏈制成，橋板則由鐵板所制。通過對材料以及技術進行更新后，鐵鏈懸索橋不但可以用于行人通行，同時也可以實現車輛通行。但鐵鏈懸索橋仍具有跨度較短的缺陷。隨著技術的不斷更新，現今的懸索橋不但可以順利實現行人與車輛的通行，同時還可以實現管道的長距離運輸。

2 管道懸索橋靜風穩定性及影響因素的分析

在對管道懸索橋靜風穩定性及其影響因素進行分析前，我們首先需要對管道懸索橋穩定性的相關理論進行了解，同時還需要對管道懸索橋結構各部分的風荷載進行調查。

2.1 管道懸索橋穩定性相關理論研究

在對管道懸索橋穩定性相關理論進行研究時，首先我們需要對管道懸索橋的抗風發展具有一定的了解。人們對管道懸索橋靜風穩定性這一研究是源于1940年美國的一座管道懸索橋由于風力作用而倒塌而開始的。在長達80年的研究過程中，我們發現橋梁風致震動大致有以下四種形態，分別是顫振、馳震、抖震以及渦激震動。這些震動形式將會嚴重地影響到橋梁結構，進而影響到橋梁的穩固性。在了解到管道懸索橋的抗風發展史后，為了進一步完善橋梁結構，使其可以有效提高穩定性，我們還需要對橋梁結構風致震動的控制措施進行研究、分析。通過研究我們可以發現橋梁結構風致震動的控制措施大概有以下幾種。首先是結構措施，結構措施是指在原管道懸索橋的機構方面進行改進，從而增強其穩定性。例如，我們可以將懸索橋中的懸索改為交叉索的方式，從而提高管道懸索橋的穩定性與抗風性。第二，除了對管道懸索橋的結構進行改進外，我們還可以通過在橋的結構的截面增加一些氣動措施，從而降低風力對橋穩定性的影響。例如，我們可以在橋結構的截面處加裝導流板以及風嘴等設備，從而降低風力對橋結構的影響，進而有效提高管道懸索橋的穩定性。最后，我們還可以通過在管道懸索橋的勁梁上加裝一些機械措施，從而提高橋的穩定性。

2.2 結構各部分的風荷載

為了可以進一步對管道懸索橋靜風穩定性及其影響因素進行分析，我們還需要對管道懸索橋結構各部分的風荷載進行測量、計算。在上文中曾提到，管道懸索橋的結構部件大致可以分為橋塔、主纜、吊桿以及加勁梁四種。其中橋塔、主纜以及吊桿由于與公路懸索橋類似，因此可以通過公路橋梁抗風設計規范對其風荷載進行計算。然而，為了方便計算，我們還需要對相關結構部件在順風方向的投影面積、各部分的阻力系數以及其基準高度、基準風速等數據信息進行測量。而對加勁梁風荷載進行計算時，我們則需要劃分坐標軸并對其進行計算。一般人們在對加勁梁的風荷載進行計算時，往往會對該橋梁建立體坐標系，并通過測量出相應的阻力、升力以及扭矩后進而計算得出加勁梁的風荷載。

2.3 靜風穩定影響因素的分析

通過對管道懸索橋穩定性理論進行研究，并對管道懸索橋結構各部分的風荷載進行測量、計算后，我們可以發現管道懸索橋靜風穩定影響因素大致有以下幾點。首先是結構對稱性的影響。對稱性結構風荷載分布均勻，而非對稱性結構風荷載往往分布不均，因此非對稱性結構往往更加穩定。此外，主纜風力也會對管道懸索橋的靜風穩定性造成一定的影響。另外，風攻角的不同也會對管道懸索橋的靜風穩定性造成一定的影響。其中風攻角越大則靜風穩定性越低。因此為了可以加強管道懸索橋的靜風穩定性，我們需要對管道懸索橋的結構進一步完善，從而有效降低橋梁的靜風穩定性。

3 結束語

綜上所述，隨著懸索橋不斷地發展，現今的懸索橋不但可以供行人與車輛進行通行，同時還可以完成大跨度的管道運輸工作。然而，為了保障管道懸索橋的安全性以及穩定性，我們需要對其靜風穩定性及影響因素進行分析。但為了方便我們對管道懸索橋靜風穩定性及其影響因素的分析，我們在對其進行分析前，首先需要對管道懸索橋穩定性的相關理論進行研究。同時，我們還需要對管道懸索橋結構各部分的風荷載進行測量與計算。通過對管道懸索橋穩定性的相關理論性知識進行學習，并對橋結構各部分風荷載計算、測量后，我們可以發現影響管道懸索橋靜風穩定性的因素大致包括風攻角、主纜風力以及結構對稱性三點。相信通過對管道懸索橋靜風穩定性影響因素的研究，我們將可以進一步加強管道懸索橋的穩定性與安全性。