ICS 77.140.65 CCS H 49 34 安 徽 省 地 方 标 准 DB34/T 3705—2020 斜拉桥钢绞线拉索减振设计指南 Vibration reduction design guide for strand stay cable of cable-stayed bridge 2020-11-27 发布 2020-12-27 实施 安徽省市场监督管理局 发 布 DB34/T 3705—2020 前 言 本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由安徽省交通控股集团有限公司提出。 本文件由安徽省交通运输厅归口。 本文件起草单位：安徽省交通控股集团有限公司、同济大学、安徽省交通规划设计研究总院股份有 限公司、桥梁结构健康与安全国家重点实验室。 本文件主要起草人：胡可、曹光伦、刘志权、马祖桥、石雪飞、王胜斌、马如进、刁凯、窦巍、王 波、袁助、程磊科、宋军、侯宇航、陈维平、李鸿博、赵金磊、杨大海、李东超、曹新垒、吴红波、许 垒、丁亮、王欢、王杰钊。 I DB34/T 3705—2020 斜拉桥钢绞线拉索减振设计指南 1 范围 本文件规定了斜拉桥钢绞线拉索减振设计的振动控制目标、振动计算、减振设计、减振阻尼器设计 技术要求。 本文件适用于斜拉桥钢绞线拉索减振设计，其他拉索结构可参照执行。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本 文件。 GB/T 30826 斜拉桥钢绞线拉索技术条件 JT/T 1038 斜拉索外置式黏滞阻尼器 JTG/T 3360-01 公路桥梁抗风设计规范 JTG/T 3365-01 公路斜拉桥设计规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 钢绞线拉索 strand stay cable 由若干根直径相同、平行排列的单根 PE（Polyethylene 聚乙烯）防护钢绞线集束，通过两端锚具 组件固定，承受结构静动荷载的受拉构件。 3.2 驰振 galloping 振动的拉索通过气流的反馈作用不断吸取能量，横向弯曲振幅逐步增大的发散性自激振动失稳现象。 3.3 尾流驰振 wake galloping 一定距离内的并列钢绞线拉索在风的上游拉索尾流诱发下，风的下游拉索产生的一种驰振现象。 3.4 涡激共振 vortex resonance 风经过结构时产生漩涡脱落，当漩涡脱落频率与钢绞线拉索的自振频率接近或相等时，由涡激力所 激发出的钢绞线拉索的一种共振现象。 3.5 风雨激振 rain-wind induced vibration 拉索在风和雨共同作用下发生的一种驰振现象。 3.6 线性内部共振 linearly internal resonance oscillation 桥面或桥塔在垂直于拉索弦长方向的小幅振动引起的一种钢绞线拉索横向振动放大现象。 1 DB34/T 3705—2020 3.7 参数共振 parameter oscillation 当钢绞线拉索索端沿索弦长方向的振动激励频率接近拉索固有频率的 2 倍时，引起的一种钢绞线 拉索横向振动放大现象。 3.8 内置阻尼器 Interior damper 设置于拉索端部钢套筒内的弹性支承体，为一种控制拉索振动的装置。 3.9 外置阻尼器 External damper 设置于钢绞线拉索索导管外部支架上的阻尼器，为拉索提供附加阻尼。 4 振动控制目标 4.1 一般规定 4.1.1 钢绞线拉索可根据拉索的计算长度 l 不同划分为中短索（l < 250 m）、中长索（250 m ≤ l < 450 m）及超长索（l ≥ 450 m）。 4.1.2 钢绞线拉索的抗风性能目标等级及要求应符合表 1 的规定。 表1 等 损伤特点 级 生命安全性能 Ⅰ 结构功能完好 Ⅱ 发生可修复损伤 Ⅲ 发生难以修复损伤 4.1.3 钢绞线拉索抗风性能目标等级及要求 结构使用性能 拉索振幅小，不发生疲劳破坏 风致振动下功能完好 拉索振幅可控，不发生疲劳破坏 风致振动产生损伤，但可快速修复 拉索不发生过大振幅，拉索不发生 风致振动产生功能破坏，无法正常 断裂 使用 可修复性能 不必修复 可修复 需更换 在设计基准期内，各类钢绞线拉索的抗风性能目标等级不应低于表 2 的规定。 表2 性能等级 作用类别 各类钢绞线拉索的抗风性能目标等级 拉索类别 中短索 中长索 超长索 W1 风作用 Ⅰ Ⅰ Ⅰ W2 风作用 Ⅲ Ⅱ Ⅱ 注： W1 风作用、W2 风作用分别为 JTG/T 3360-01 中规定的重现期 10 年和重现期 100 年的风作用。 4.2 4.2.1 4.2.2 2 振幅 各类钢绞线拉索的抗风性能目标等级为Ⅰ级时，振幅限值不应超过 l/1700。 各类钢绞线拉索的振幅不宜超过表 3 的规定值。 DB34/T 3705—2020 表3 拉索类别 振幅限值 性能等级 5 各类钢绞线拉索的振幅限值 中短索 中长索 超长索 Ⅰ l/1700 l/(6.5l+75) l/3000 Ⅱ l/1000 l/(2l+500) l/1800 Ⅲ l/700 / / 振动计算 5.1 风速计算 5.1.1 5.1.2 5.2 斜拉桥钢绞线拉索风速参数的选取与计算应符合 JTG/T 3360-01 的有关规定。 确定设计基准风速时，钢绞线拉索的基准高度可取斜拉索的平均高度距水面或地面的距离。 频率估算 5.2.1 钢绞线拉索的振动可分为索平面外振动与索平面内振动两种形式。其中，索平面内振动又可分 为索平面内对称振动和索平面内反对称振动两种形式。 5.2.2 钢绞线拉索发生索平面外振动时，其振动频率 fop 可按式（1）计算： f op  n 2l F ······································································· (1) m 式中：  fop ——钢绞线拉索的第n阶面外模态频率（Hz）； n ——振型阶数，可取 1、2、3...； l ——钢绞线拉索的计算长度（m）； F ——钢绞线拉索的索力（N）； m ——钢绞线拉索及套管的单位长度总质量（kg/m）。 5.2.3 钢绞线拉索发生索平面内对称振动时，其振动频率 fip 可按式（2）～式（4）计算： f ip   2lπ F ········································································ (2) m    0.0017 2  0.1254  3.1444 n  1     = 0.0053  9.4239 n  3  ··········································· (3)  nπ n  5       EA  mgl cos  c  / F 3 ····························································· (4) 2 式中：  fip ——钢绞线拉索的第n阶面内模态频率（Hz）； n ——振型阶数，可取 1、3、5、7、9...； 3 DB34/T 3705—2020 η ——与振动阶数有关的系数，按式（3）计算； λ ——与拉索状态有关的系数，按式（4）计算； 2 A ——钢绞线拉索截面面积（m ）； αc ——钢绞线拉索的倾角（°）； E ——钢绞线拉索的弹性模量（Pa）； l ——钢绞线拉索的计算长度（m）； F ——钢绞线拉索的索力（N）； m ——钢绞线拉索及套管的单位长度总质量（kg/m）。 5.2.4 钢绞线拉索发生索平面内反对称振动时，其振动频率 fip 可按式（5）计算： n 2l f ip  F ········································································· (5) m 式中：  fip ——钢绞线拉索的第n阶面内模态频率（Hz）； n ——振型阶数，可取 2、4、6、8、10...； l ——钢绞线拉索的计算长度（m）； F ——钢绞线拉索的索力（N）； m ——钢绞线拉索及套管的单位长度总质量（kg/m）。 5.3 阻尼 5.3.1 钢绞线拉索的阻尼比 ζs 应根据实测数据结果确定；缺少实测数据且钢绞线拉索未安装外置阻尼 器时，其固有阻尼比可取为 0.30％～0.40％。 5.3.2 钢绞线拉索的梁端与塔端同时安装阻尼器时，拉索的附加阻尼值应考虑梁端与塔端阻尼器效应 的叠加。 5.4 驰振 5.4.1 当钢绞线拉索断面的驰振力系数 Cg<0，或钢绞线拉索受积冰、积雪影响时，应进行驰振稳定性 检验。驰振稳定性检验应符合 JTG/T 3360-01 的有关规定。 5.4.2 驰振稳定性临界风速 Ucg 可按式（6）计算： U cg   4mb1 s ····································································· (6)  Cg D 式中：  Ucg ——驰振稳定性临界风速（m/s） ； ωb1 ——钢绞线拉索一阶弯曲圆频率（rad/s），ωb1=2πfb1； fb1 ——钢绞线拉索一阶频率（Hz）； ζs ——钢绞线拉索的阻尼比； 3 3 ρ ——空气密度（kg/m ），一般取为 1.25 kg/m ； Cg ——钢绞线拉索断面的驰振力系数， Cg  B CL  CD ，一般可通过风洞试验或虚拟风洞试验方法 D 获取；断面外形尺寸应按照套管外形尺寸取值；当典型断面的形状如图1 所示时，可取为 -1.0； B ——钢绞线拉索断面的特征宽度（m），断面外形尺寸应按照套管外形尺寸取值； 4 DB34/T 3705—2020 CL ——钢绞线拉索断面升力系数的斜率，断面外形尺寸应按照套管外形尺寸取值； CD ——钢绞线拉索断面阻力系数，断面外形尺寸应按照套管外形尺寸取值； D ——钢绞线拉索断面的特征高度（m），断面外形尺寸应按照套管外形尺寸取值。