浅谈桥梁抗风

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2008年第4期品第30卷总第166期ST0RAGETRANSP0RT1I0N讎&PRE与S养ER护VATI0N0FC0MM0DITIES•设及'备国与习设疆施腮・。浅谈〈/B〉桥梁抗风设计口程兆君天津城市建设学院，天津300384【摘耍】桥梁结构因风的作用而遭到破坏的事故屡见不鲜。风作用下桥梁结构的抗风性能已经成为影响其设计和施工的控制因素，结合结构风工程中己知的风的静力、动力特性，研究了桥梁结构在风的作用下的静力及动力响应的主要形式，为其进一步的研究提供了理论基础。【关键词】桥梁风工程；抗风设计；风致振动【中图分类号】TU31【文献标识码】B文【章编号】1007-4538200804-0096-02OnStructuralWind—resistantDesignOfBridge口CHENGZhao-junrianjininstituteofUrbanConstruetion,Tianjin300384,Chins【Abstmct】 ewindisanimportantnaturalphenonienon・bridgesarefrequentlyde thewindresistnastroyedbythewindaction・bridgesaresusceptivetowindaction,cebecomesagoverningfactoroftheirdesignnadconstruction.Combindcwihtknownstaticanddynamicchai'actei'isticsofwindinstnjctui'alwindengineering,htearticlestudieshtemainformsofsattic；anddnyamicresponseofbridgestruetureunderhteactionofwind,nadintroducesmainresearchobjectsnadworkofbridge，swind—resistantdesing,whichtooffcrhtcorcticalbasisforfurthcrrccsarch・[Keywolds】windengineeringofbridge；wind—resistnatdesign；wind—inducedoscillation风灾是自然灾害中发生最频繁的一种，桥梁的风害事故反馈作用，振动的结构从空气中汲取能量，产成一种自激振动屡见不鲜。风与结构的相互作用是一个十分复杂的现象，它受机制，如颤振、弛振和涡激振动。若颤振和弛振达到临界状态风的自然特性、结构的外型、结构的动力特性以及风与结构的时，将岀现危险性的发散状态。相互作用等多方面因素的制约。当风绕过一般为非流线型作第二类，强迫振动：结构在紊流脉动风作用下的一种有限 用截面的桥梁结构时，会产生旋涡和流动的分离，形成复朵的振幅的随机强迫振动，由于脉动风的随机性质，这种由阵风带空气作用力。当桥梁结构的刚度较大吋，结构保持静止不动，的脉动风谱引起的随机振动响应阵风响应称为抖振这种空气力的作用只相当于静力作用。当桥梁结构的刚度较fBuffetting3o涡激振动虽然带有自激性质，但它和颤振或驰振的小时，结构振动受到激发，这吋空气力的作用不仅具有静力作发散性振动现象不同，其振动响应是一种限厮的强迫振动，故用，而且具有动力作用。本文简耍介绍桥梁抗风设计的主要研该类振动具有两重性。究对象。2.1涡振1风的静力作用风流经过各种断面形状的钝体结构时，在其断面背后都有静力作用指风速中由平均风速部分施加在结构上的静压可能发生旋涡的交替脱落，产生交替变化的涡激力而引起的结产生的效应，可分为顺风向风力、横风向风力和风扭转力矩。构振动称为涡激振动。涡激振动兼有自激振动和强迫振动的性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，质，它是一种发生在较低风速区内的有限振幅振动。通常情况作用与桥梁上的风力可能来自任一方向，其屮横桥向水平风 下，涡激振动的振幅很小，但当旋涡脱落频率与结构的固有频力最为危险，是主耍的计算对象。它所造成的桥梁破坏的特点率相接近时，流体与结构间产生强烈的相互作用引起涡激共主要是强度破坏或过大的结构变形。在桥梁的静风作用分析振。同时也将产生“锁定”现象。对涡激振动响应的分析，通常釆屮，通常将风荷载换算成静力风荷载，作用在主梁、塔、缆索、用升力振子模型、经验线性模型和经验非线性模型等来研究。吊杆等桥梁构件上，进行结构的计算分析。2.2颤振2风的动力作用对照旋涡脱落现象，振动的桥梁从流动的风中吸收能量，风的动力作用指结构在风作用下的空气弹性动力响应，由此引起的不稳定被称为自激振动或颤振。颤振是一种危险性它一般可分为两大类：的自激发散振动，其特点是当达到临界风速时，振动着的桥梁第一类，口激振动：在风的作用下，由于结构振动对空气的通过气流的反馈作用而不断地从气流中获得能量，而该能量乂【收稿日期】2008-03-18【作者简介】程兆君1981一，天津城市建设学院基础教学部制图教研室助教。 第4期程兆君：＜Bstyle二'color:black;background-color:#ffff66?＞浅谈〈/B＞桥梁抗97风设计大于结构阻尼所能耗散的能量，从而使振幅增大形成一种发散与空气力的方向相一致，从而源源不断地吸收能量，造成类似性的振动。对于近流线型的扁平断面可能发生类似机翼的弯扭颤振的不稳定振动。横流驰振一般发生在具有棱角的非流线型藕合颤振。对于非流线型断而则容易发生分离流的扭转颤振。截面的柔性轻质结构中，悬巾体系桥梁结构中的拉索和巾杆最颤振会引发结构发散性失稳破坏。尽管颤振是桥梁风致振有可能发生横流驰振。横流驰振研究中最常用的方法是动中最具危害性的现象，但只有精心分析与设计，辅以风洞模DenHartog提出的单口由度线性驰振理论。根据这一理论，型实验验证，并采用提高主梁截面抗扭刚度等措施来提高颤振DenHartog提出了结构驰振失稳的判据。此外，Prakinson提出临界风速，就能避免这类现象的发生。冃前，桥梁的颤振问题已了单自由度非线性驰振理论，Blevins建立了两自由度非线性基本得到解决。驰振理论。当后一结构处于前一结构的尾流中时，后一结构由 2.3抖振于受到前一结构波动尾流的激发而引起的振动称为尾流驰振。抖振可视为来流的脉动成分引起的抖振力和紊流绕过结尾流驰振可以发生在包括流线型圆形截血在内的任意形式截构后产生的脉动力共同作用的结果。按来流的不同可分为：①面的结构中。与横流驰振相比，尾流驰振研究成果较少，一般采上游临近结构物尾流引起的抖振；②结构物后本身紊流引起的用Simpson尾流驰振分析方法。抖振；③大气紊流引发的抖振。实际上，桥梁结构中最为常见的3结语是大气紊流成分引起的抖振。结构的抖振虽然是限幅的随机强随着桥梁跨径和桥梁断而的复杂化，桥梁的气动稳定性越迫振动，但由于诱发抖振的风速较低，过大的抖振响应还将导来越复杂，大多需要做风洞试验确定三分力系数，并需要建立致构件较大变形以及结构局部疲劳，同时会引起行人或〈divid=，/loadingAD/z＞＜divclass二〃adbox^Xdivclass=，，waiting，，Xstrong＞文档加载中・・・〈/strong〉广告还剩＜emid二〃adtime〃＞〈/em＞秒