降雨对桥梁主梁静力特性的影响

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1、第３０卷第５期空气动力学学报Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．５２０１２年１０月ＡＣＴＡＡＥＲＯＤＹＮＡＭＩＣＡＳＩＮＩＣＡＯｃｔ．，２０１２欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟文章编号：０２５８－１８２５（２０１２）０５－０６１３－０６降雨对桥梁主梁静力特性的影响辛大波１，王亮１，李惠１，欧进萍１，２（１．哈尔滨工业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨１５００９０；２．大连理工大学土木水利学院，辽宁大连１１６０２４）摘要：针对大跨桥梁主梁风雨联合作用现象，从静力学角度出发，分析风雨联合作用下桥梁主梁

2、荷载的三个组成成分———风雨致静力三组分，以及桥梁主梁风雨致静力相对于纯风作用下风致静力增量，并给出了测试方法，通过在大气边界层风洞中搭建风雨联合作用试验系统，以一开槽双箱桥梁主梁节段模型为试验研究对象，完成节段模型在风雨联合作用下的静力特性试验，进而获取降雨对桥梁主梁风致静力作用的影响规律。试验结果显示：在较大的负攻角下，雨的冲击力对桥梁主梁风致阻力分量影响较大；在较小的负攻角及正攻角下，空间雨滴和主梁表面水膜附着引起的风场改变对桥梁主梁风致阻力分量影响较大。雨的质量、冲击力以及空间雨滴和主梁表面水膜附着引起的风场改变对桥梁主梁风致升力均有一定

3、影响。空间雨滴和主梁表面水膜附着引起的风场改变对桥梁主梁风致扭矩影响最大，其次是雨的质量作用，最后是雨的冲击力作用。试验结果表明：降雨对桥梁结构的风致静力的影响主要取决于空间雨滴和主梁表面水膜附着引起的风场改变。关键词：降雨；静力特性；桥梁主梁；风洞试验中图分类号：ＴＵ３１１文献标识码：Ａ因此，风雨联合作用构成了大跨桥梁的最不利荷载环０引言境，在进行桥梁风致静力作用分析时考虑降雨的影响桥梁是重要的基础设施工程。随着科学技术的更符合客观实际。同时，考虑降雨作用对于精细化分不断进步，桥梁结构呈现长、细、柔、轻的发展趋势，结析大跨桥梁风致作用至关重要。

4、同济大学葛耀军等构刚度和阻尼不断降低，这使得大跨桥梁结构对风的进行了风雨共同作用下结构荷载与响应的理论分析［８］敏感性更加突出。风对桥梁的作用是一个十分复杂及试验研究。研究表明，降雨对模型受到的定常气的现象，它受到自然风的特性、桥梁主梁断面形状、桥动力有一定影响。目前，如何评价降雨对桥梁主梁风梁结构特性以及风与桥梁结构的相互作用等四个方致静力作用的影响规律尚不清楚。［１］面的制约，风对桥梁的作用包括静力作用和动力作本文针对大跨桥梁主梁风雨联合作用现象，从静用，风致静力作用又包括静风荷载作用与风致静力失力学角度出发，分析风雨联合作用下桥梁主梁荷载的

5、稳，与动力失稳相比，静力失稳发生前没有任何先兆，三个组成成分，即风雨致静力三组分，以及桥梁主梁［２］突发性强，破坏性更大。因此，风致静力作用具有风雨致静力相对纯风作用下的风致静力增量，并给出重要的研究价值。了测试方法，通过在大气边界层风洞中搭建的风雨联传统的桥梁结构静力作用的研究都是基于均匀合作用试验系统，以一开槽双箱桥梁主梁为研究对［３－７］来流风场，然而，对于建设在台风频繁侵袭区域的象，完成主梁节段模型在风雨耦合场作用下的静力特大跨度桥梁结构来说，强风常常伴随着降雨，特别对性试验，进而研究降雨对桥梁主梁风致静力作用的影于台风天气，强风与暴雨耦

6、合更是其主要特征。大跨响规律。桥梁结构处于风雨联合作用时，单一考虑风场进行风１风雨致静力三组分致作用分析得出的结论与实际有一定的偏差，其原因在于雨场的存在以及雨场和风场的相互耦合作用。参照桥梁风致静力模型，风雨联合作用下桥梁　＊收稿日期：２０１１－０５－２４；修订日期：２０１１－０８－１１基金项目：国家自然科学基金重大研究计划重点项目（９０８１５０２２）；国家自然科学基金（５０９０８０６９）作者简介：辛大波（１９７８－），男，副教授，博士，主要从事结构风工程研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｎｄａｂｏ＠ｈｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ６１４空气动力学学报第３０卷主梁风

7、雨致静力荷载模型仍采用风致静力三分力模的桥梁主梁阻力（Ｎ）、升力（Ｎ）和扭矩（Ｎ·ｍ）；型，如图１所示。Ｉ、ＦＩ、ＭＩ———风雨联合作用下雨的冲击力引ＦＤＬＴ起的桥梁主梁阻力（Ｎ）、升力（Ｎ）和扭矩（Ｎ·ｍ）。降雨对桥梁主梁风致静力作用的影响可以通过风雨联合作用下桥梁主梁风雨致静力相对于纯风作用下桥梁主梁风致静力的增量来表达：ＷＲＷΔＦＤ＝ＤＤ－ＦＤ图１桥梁主梁风雨致静力三分力ＧＩＷ′Ｗ＝ＦＤ＋ＦＤ＋ＦＤ－ＦＤＦｉｇ．１Ｗｉｎｄ－ｒａｉｎ－ｉｎｄｕｃｅｄｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｔａｔｉｃＧＩＳ（７）＝ＦＤ＋ＦＤ＋ＦＤｃｏｍｐｏｎｅｎｔｆ

8、ｏｒｃｅｓｏｆｂｒｉｄｇｅｓｅｃｔｉｏｎＧＩＳ（８）ＷＲ、ＦＷＲ、ＭＷＲ分别为在远端平均风速ΔＦＬ＝ＦＬ＋ＦＬ＋ＦＬ图１中，ＦＤＬＴＧＩ