大跨度桥梁抗风稳定性综述.pdf

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1、2013年l期西南公u~XINANGONGLU大跨度桥梁抗风稳定性综述李维钟蕾(四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院成都610041)【摘要】抗风稳定性是大跨度桥梁设计和施工必须考虑的重要因素之一，甚至往往在多数情况下控制设计，因此，对于大跨度桥梁进行抗风稳定性研究十分必要。介绍和探讨国内外现有较先进的桥梁抗风稳定性研究方法(包括理论分析、风洞试验、现场观测和数值模拟)，并就其特点进行比较。【关键词1大跨度桥梁；抗风稳定性；理论分析；风洞试验；数值模拟【中图分类号1U441．3【文献标识码1A随着世界经济

2、和交通的飞速发展，再由于某些阻力=lpUD(I-1)地理条件的制约等因素，大跨度桥梁已成为今后很长一段时间桥梁工程的必然发展趋势。然而，随着~]-J-jF=lpUcB(1-2)跨度的不断增加，桥梁结构变得越来越柔、越来越轻、越来越容易振动，尤其是风致结构振动。扭矩=lpUB2(1-3)1940年，美国华盛顿一座主跨为853m的悬索桥一一T。mNrr0ws桥在8级风作用下发生强烈的振动而其中，U为上游来流平均风速，、C和C坍塌损毁，由此，人们意识到风对桥梁结构的危害分别为体轴坐标系下的阻力系数、升力系数和扭矩

3、性并揭开了人类对于桥梁抗风性能研究的历史。其系数，D、分别为桥梁断面的高度和宽度，式内容包括桥梁静风稳定性研究和风致振动研究。(1-1)到(1-3)表示的是单位长度桥梁断面的风荷载。1风对桥梁的作用1．2风致振动对于大跨度桥梁，其断面形式接近于流线型1．1静风荷载桥梁断面在静风荷载作用下，将受到静风升时，由于结构刚度较小，使得结构振动很容易被力、静风阻力和静风扭转力矩作用(这三种作用统激发，风作用于结构上表现出的不仅仅是静力特称为静力三分力，如图1所示)，将发生静力扭转发性，还具有动力特性，称为动风荷载。风

4、的这种散和侧向屈曲两种变形以抵抗静力三分力的作用。动力作用引起了桥梁结构的振动，而振动起来的当来流风速小于临界风速时，风致静力小于结构抗桥梁又反过来影响风的流动，改变风对结构的作力，结构处于稳定平衡状态；当来流风速达到临界用，从而形成风与桥梁的相互作用机制。当风对结构的作用力受结构振动的影响较小时，风荷载风速时，风致静力与结构抗力相当，结构处于不稳定平衡状态；当来流风速超过临界风速时，风致静即形成一种强迫力，导致结构发生有限振幅的强迫振动，包括涡振和抖振；当风对结构的作用受力将大于结构抗力，结构将发生静力失

5、稳。r到结构的振动影响较大时，风荷载受到振动结构的制约，主要表现为一种自激力，可能导致桥梁1结构的发散性自激振动，包括颤振和驰振。桥梁／l＼风荷载及其效应如图2所示。此外，部分桥梁结构＼／／M／构件如斜拉桥的斜拉索可能在风或风雨共同作用圈1凤荷栽在体轴坐标系T~-=-分力下发牛风雨振动。西南公路流场相似；(1)R．H．Scanlan等的理论分析方法在桥梁结构(2)试验模型须与实际桥梁结构的外形和动力风工程领域的发展起到了不可替代的推动作用，但特性相似。通过对各理论分析方法仔细研究比对发现，他们在拉条模型试验

6、：主要是作为节段模型试验的补对结构进行理论分析时，都对结构模型采取了较多充，以测定桥梁主梁断面在紊流和均匀流下的颤的假设和误差取舍，因此其精度不是十分准确，但振、抖振和涡激共振响应。拉条模型试验可以仅考可以作为其他研究方法的理论指导。虑桥梁结构的前几个低阶振动模态响应，既可以考(2)虽然风洞试验在某些方面表现出了不足之虑二维效应，也可以考虑三维效应。处，如不能同时满足相似律所提出的所有相似准2．3数值模拟则，如雷诺数等，再者，在风洞试验中存在不可避数值模拟是利用计算流体力学方法(CFD)，免的洞壁的影响和模

7、型支撑系统对模型流场的影模拟空气流经桥梁结构时在其周围的流场分布情响，但由于在风洞中的气流参数如密度、速度、温况，研究桥梁结构的空气动力参数。随着计算机技度和压力等都可以比较准确的控制，且不受室外大术的飞速发展，目前很多学者都开发出了较为方便气环境影响，试验测量数据既方便又准确，有足够实用的计算流体力学方法，如有限元法、有限体积的可靠度，因此风洞试验是当前所有研究方法中最法、离散涡法和有限差分法等。运用CFD技术，可常用和可靠的手段。以较好地计算某些断面的颤振导数和三分力系数，(3)数值模拟方法具有操作简单

8、、方便、成本但在有些情况下，数值模拟方法计算得到的结果与低等优点，但目前对于实际结构模型风场环境的模实际值有较大的出入。总之，这是今后一个非常有拟不够精确，故可以作为风洞试验研究方法的一种发展前途的领域。辅助手段用以检验试验数据的正确性。参考文献3总结l1l葛耀君著．大跨度悬索桥抗风[M】．北京：人民交通出版社，2011：11桥梁结构抗风稳定性研究方法有很多，如上述[2]陈政清，项海帆编著．桥梁风工程[M】．北京