黄传岳 上海铁路局宁波工务段

1 概述

随着现代交通的发展，往往需要修建穿越大江大河、海湾海峡的结构，大跨度悬索桥是满足这种需要的优秀结构形式。目前世界上跨径超过1 100 m的桥梁都是悬索桥，已经建成的日本明石海峡大桥的主跨为1 991 m，而规划中的我国琼州海峡大桥的主跨达到了3 500 m。悬索桥是一种柔性结构，随着悬索桥跨径的不断增大，其最关键的问题就在于设计风速下的气动稳定性。

空气静力失稳是指结构在给定风速作用下，主梁发生弯曲和扭转，一方面改变了结构刚度，另一方面改变了风荷载的大小，并反过来增大结构的变形，最终导致结构失稳的现象。相对于动力失稳现象，桥梁静力失稳突发性更强、破坏性更大。过去，人们普遍认为颤振临界风速一般低于静力失稳风速。Boonyapinyo、Miyata、谢旭、方明山等学者通过计算发现了静风失稳现象出现的可能性。因此，有必要对大跨度桥梁的静风稳定性问题进行全面的研究。

2 静风荷载的计算

静风荷载是指作用在桥梁结构上气动力中的定常部分，如图1按主梁三个方向对静风荷载进行分解，采用风轴坐标系时得到横向风荷载FH、竖向风荷载FV以及扭转力矩M。

转换到结构整体坐标系下为：

式中：α=α0+β为有效风攻角，α0为初始风攻角，β为主梁扭转变形角；1/2 ρU2为空气平均动压；H，B，L分别为主梁的高度、宽度与长度；CH，CV，CM分别为荷载对应无量纲阻力系数、升力系数及力矩系数。

图1 静风荷载示意图

3 非线性静风稳定性分析方法

3.1 非线性静风稳定理论

超大跨度悬索桥为柔性结构，几何非线性效应明显，变形对结构内力平衡方程的影响不能忽略。……