大跨度桥梁风致振动研究概述

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1、大跨度桥梁风致振动研究概述大跨度桥梁风致振动研究概述大跨度桥梁风致振动研究概述大跨度桥梁风致振动研究概述大跨度桥梁风致振动研究概述大跨度桥梁风致振动研究概述大跨度桥梁风致振动研究概述一,大跨度桥梁风致振动研究概述廖海黎周述华———————～———_,—一(土木学院桥梁及结构工程系)【摘要】本文衙述大跨度桥梁风致振动的研究方法,研究现状及我校的研究概况并提出今后需开展的主要研究方向.【美t词】大跨度桥桥梁抗风,———●--‘-～—’—.一1引言风致振动近年来,随着技术的进步.我国的大跨度桥梁不仅在公路建设中,同时也在铁路建设中得到了令人鼓舞的发展.桥梁跨度的不断增大,使得以往在中,小

2、跨度桥梁中并不突出的抗风问题变得越来越重要.在某些条件下,甚至成为控制桥梁设计的关键因素.桥梁风工程作为研究桥梁风致效应并为桥梁抗风设计提供理论及试验依据的新兴边缘学科,在工程建设中发挥着日益重要的作用.桥梁结构的抗风稳定性及各种类墨的风致振动,是桥梁风工程研究所关注的主要问题.尽管美国塔科马大桥风毁事故发生后的半十多世纪来,桥梁风工程研究巳取得了长足的进步,对于诸如颤振等具有毁灭性的风振事故具备了有效的预测及预防手段,但国内外桥梁因其它风致振动引起的结构整体或局部的风害事故至今仍时有发生.这一方面是由于科技发晨水平所限,对某些问题的解决尚无良策}另一方面,也不能排除因技术决策者对

3、风的危害估计不足所致.对于大跨度桥梁审慎地进行抗风设计,不仅可以最大限度地避免桥梁在藏工及运营阶段发生与风有关的重大工程事故,也有助于加快工程进度和节约开支,从而获得可观的经济效益.2桥梁风致振动的研究方法缩尺模型风洞试验,理论分析和足尺测量是进行桥粱风致振动研究的三十基本途径,由于桥梁风致振动涉及到的钝体空气动力学及流固耦台问蘑的复杂性,目前尚难以完全依赖理论计算解决各种类型的风致撩动问题,风洞模型试验是研究桥梁风致振动最基本的手段.采用缩尺模型进行风洞试验,能够再现实际桥梁结构及构件的各种风致响应.尤其在三维流动效应明显的情况下.它具有目前理论计算方法无法替代的优势.此外.模型

4、试验还被用于测定结构断面的气动力参数,以便为理论计算提供依据.模型试验除要求模型满足相似律之外.还要求对大气边界层风场进行良好的模拟.后者的实现较前者难度更大.经过数十年的努力,对于太跨度桥梁的颤振.抖振等.已建立了比较成熟的计算分析理l7,‘},-’.,一—————,————论及方法.理论分析方法有助于对桥梁风振的内在机制及特征作深人研究,能够将研究范围拓展到模型试验不易实现的众多工况,还能获取结构响应更为详尽的信息.有鉴于此,目前,国内外关于桥梁风致振动的研究,多采用模型风洞试验(包括节段模型试验和气弹模型试验)与理论分析相结合,相互补充,相互校验的方法进行.此外,对桥位处风环

5、境和风特性进行测量,对已建成桥梁的风致振动进行测量,可为风致振动研究提供最为可靠的资料.可惜国内在这方面做的工作极为有限.3我校的研究概况我校工业风洞(XNJD1)自1992年投人使用以来,在科学研究,学科建设和国民经济建设中发挥了重要作用我校在桥梁风致振动理论,非定常气动力测量与辨识,自然风场数值模拟,大气边界层物理模拟,斜拉索风(雨)振动机理研究,钝俸绕流数值计算,桥梁风振控制等方面开展了深人的工作,在桥梁风工程的某些方面已走在国内前列.在这些工作的基础上,我校已为国内外二十余座大跨度桥梁进行了风工程研究.其中包括具有重要影响的汕头海湾大桥,虎门大桥,西陵长江大桥,江阴长江大桥

6、,厦门海沧大桥【图1),武汉二桥和武汉三桥等;还包括迄今最大跨度的公铁两用斜拉桥芜湖长江大桥,广深高速铁路虎跳门大桥(图2)等.我校作为主持单位完成的汕头海湾大桥抗风试验研究已通过部级鉴定,鉴定认为该研究”在总体上达到了国际先进水平”.该成果获1997年度铁道部科技进步二等奖.18罔1厦门海沧大娇气弹换型风}1.1试验f虎跳1J上桥施工状忐弹摸型风洞试验4今后需开展的研究工作虽然目前对桥梁风致振动的研究能力可满足桥梁抗风设计的基本要求,但远未达到完善的程度.大气边界层的物理模拟是模型试验相似性的重要方面,目前国内外基本上是采用被动方法进行模拟,要想使紊斑强度,紊流尺度及紊流谱等重要

7、指标均满足要求是非常困难的,近年来国外采用计算机控制的主动模拟方法,较好地实现了二维紊流风场的物理模拟.关于桥梁颤振分析,在强紊流条件下尚未建立有效的理论分析方法.在桥梁抖振分析方面,无论是谱分析方法或是时域分析方法,所给出的响应预测往往不能令人满意,其重要因素之一是缺乏有效的获取空气动力导纳函数的方法,对于桥梁的涡激振动的预测,尚未建立有效的分析模型,主要困难在于如何获取非线性非定常气动力.斜拉桥拉索的风(雨)致振动是近年桥梁工程中较为突出的风害现象之一.国外已投人