浅谈桥梁抗风研究

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1、浅谈桥梁抗风研究摘要：随着越来越多桥梁因风致振动而产牛破坏和倒塌，风对桥梁结构的影响越来越受到桥梁工作者的重视，主耍介绍了桥梁抗风的发展研究现状，风对桥梁的荷载的分类，桥梁抗风的常用措施及在抗风方面有待提高的方面，为桥梁相关研究提供参考。关键词：桥梁抗风；风致振动；动力作用Abstract:Asmoreandmorebridgesdamageandcollapseduetowind-inducedvibrationandtheinfluenceofwindonthebridgestructure,moreandmorebridgesattention,mainlyintroduce

2、dtheresearchanddevelopmentstatusofbridges,windloadonthebridgeoftheclassificationofthecommonlyusedmeasures,bridgesandneedtobeimprovedinthewind,toprovidereferenceforresearchofbridge・Keywords:bridge;wind-inducedvibration;dynamicaction中图分类号：K928.78文献标识码：文章编号：一、桥梁抗风发展过程、研究方法和现状对于大跨度桥梁结构来说，风荷载是主要的控制

3、荷载Z-,有时它直接关系到桥梁结构的安全。早期人们对于风对桥梁结构的认识仅仅限于风対桥梁结构的静力荷载作用，1940年秋，美国华盛顿州建成才四个月的塔科马悬索桥在8级大风仅（17-20m/s）的作用下就发生了强烈的风致振动并最终倒塌的严重事故。在这一申件的推动下，桥梁工程师和空气动力学家开始意识到桥梁风致振动问题。目前对桥梁风致振动的研究方法主要有四类：理论分析、风洞试验、数值模拟和现场观测。本文主要介绍桥梁风工程中的理论分析、风洞试验、数值模拟这三种方法。1.1理论分析根据荷载的表达方式不同，风致振动分析理论主要冇频域分析和时域分析。在频域内分析桥梁结构颤振的理论有经典耦合颤振理

4、论、分离流颤振理论和多模态颤振理论。经典耦合颤振理论最早是Bleich用Theodorsen的平面薄翼理论研究悬索桥颤振而发展起来的，该理论以Theodorsen自激力模型为基础。在时域内分析桥梁结构抖振的理论有Davenport抖振分析理论、Scanlan抖振分析理论、Scanlan多模态抖振理论。Davenport于20世纪60年代研究了桥梁结构的抖振问题，他运用概率统计的方法和随机振动理论建立了柔性细长结构的湍流抖振响应分析模型，并给出了抖振力模型。Davenport抖振分析理论认为风速的脉动决泄了风荷载的统计特性，柔性细长结构的阵风响应可以通过模态叠加求得。Davenpor

5、t对抖振分析的重要贡献是在功率谱中引入气动导纳来修正按准定常气动力模型计算的误差，，引入联合承受函数來描述气动力沿桥跨方向的相关性。1.2风洞试验桥梁结构模型风洞试验可分为节段模型试验、全桥模型试验、拉条模型试验；按照悬挂方式的不同，节段模型试验可以分为刚性悬挂节段模型试验、强迫振动节段模型试验、自由振动节段模型试验、弹性悬挂节段模型试验。1.3数值模拟数值模拟是应用计算流体力学方法(CFD)模拟气流经过桥梁结构时结构周I韦I的流场分布情况并求解结构表面的风荷载。这是近几十年发展起來的一种结构风工程研究方法。随着计算机技术的普及与应用能力的提高，数值模拟技术得到了迅速的发展，可用于

6、桥梁结构空气动力参数研究的计算流体力学方法有多种，如有限体积法、有限元法、有限差分法、离散涡方法。数值模拟结果的准确性和可靠性依赖于对实际问题建立正确的数学模型和算法。目前，对于气动弹性分析的数字模拟技术，在二维模型和均匀来流条件下的计算比较成熟，正在向三维模型、紊流风场和高雷诺数方向发展。计算流体力学的商业软件比较多，如CFX软件、PHOENTCS软件、FLUNET软件等等。二、风荷载分类2.1风的静力作用静力作用指风速屮由平均风速部分施加在结构上的静压产生的效应，可分为顺风向风力、横风向风力和风扭转力矩。在顺风平均风的作用下，结构上的风压值不随时间发生变化，作用与桥梁上的风力可

7、能来自任一方向，其中横桥向水平风力最为危险，是主要的计算对象。它所造成的桥梁破坏的特点主耍是强度破坏或过大的结构变形。在桥梁的静风作用分析中，通常将风荷载换算成静力风荷载，作用在主梁、塔、缆索、吊杆等桥梁构件上，进行结构的计算分析。1.2风的动力作用一个空间结构的桥梁振动体系在近地紊流风作用下的空气弹性动力响应是许多因素共同作用的结果，大致可分为两大类。一类是在平均风作用下，振动的桥梁从流动的风中吸收能量，产生自激振动，如弯扭藕合的古典颤振、扭转颤振、驰振、涡激振。另