中国桥梁结构抗风研究进展

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1、中国桥梁结构抗风研究进展摘要：随着科学技术的发展，随着桥梁设计和施工水平的不断提高，桥梁的跨度也在不断增加，现代桥梁的跨度纪录不断被刷新。进入21世纪后，桥梁跨度将突破2000米，甚至可能达到5000米。而在桥梁跨度增加的同时，结构免不了采取措施减轻自重，也使得桥梁结构对于风的作用更加敏感，风也成为了桥梁设计中不可避免的问题，因此桥梁结构的抗风研究也愈来愈被人们重视。本文将对中国桥梁结构抗风研宄的现状与进展做出简要概述。1.引言21世纪中国的桥梁工程取得了巨大的成就。2008年6月30H,世界第一大跨径斜拉桥一一苏通长江大桥正式通车；2008年5月1日，世界第一•跨海大桥一一杭州湾大桥正式通

2、车；2003年6月28口，世界第一钢拱桥一一上海卢浦大桥正式通车；2007年10月29日，世界第一座公路轻轨两用桥一一重庆菜园坝长江大桥正式通车；2003年829日，世界上最大的跨径V撑梁式大桥一一广州琶洲大桥正式通车……而不论是世界第一大跨径的斜拉桥亦或是世界第一跨海大桥，风力作用都是一个很严峻的问题，也是不可不考虑的因素，这就对我国的桥梁抗风研究有丫很大的要求，而为了建成更长的桥、更稳固的桥，也要求桥梁的抗风研宄取得更大的进展。2.中国桥梁结构抗风研究进展2.1概述风对桥梁结构的作用机理十分复杂，是一种时间、空间变化的作用。它受到风的特性、结构的动力特性和风与结构的和互作用三方面的制约。

3、2.2静力作用对桥梁的影响如结构刚度较大因而几乎不振动，或结构虽冇轻微振动。但不显著影响气流经过桥梁的绕流形态，因而不影响气流对桥梁的作用力，则风对桥梁的作用可近似地看作为一种静力荷载。桥梁在风的静力作用下有可能发生强度、刚度和稳定性问题。对于强度和刚度问题，如现行桥规中所规定的那样，主要需考虑桥梁在侧向风载作用下的应力和变形。另外，对于静升力较大的情况，也需要考虑竖向升力对结构的作用。对于柔性较大的特大跨度桥梁，则还需要考虑侧向风荷载作用下王梁整体的横向屈曲，其发生机制类似于桥梁的侧向整体失稳问题及在静力扭转力矩作用下主梁扭转引起的附加转角所产生的气动力距增量超过结构抗力矩时出现的扭转失稳

4、问题。2.3动力作用对桥梁的影响大跨度桥梁，尤其是对风较为敏感的人跨度悬索桥和斜拉桥，除需考虑静风荷载的作用外，更主要的需考虑风对结构的动力作用，即风致振动。大跨度桥梁的风致振动可分为两大类:一是在一定临界风速下结构振动振幅急聚增大因而结构所承受的荷载效应急聚增大而会导致结构毁坏的发散振动，如颇振和驰振;二是振幅有限但因经常出现而可能导致结构疲劳损伤或影响结构的正常使用，以及引起过桥者不适或不安的限幅振动，如涡激振和抖振。2.4抗风的设计要求结构抗风设计要求可以归结为风振安全可靠性、风振舒适可靠性、风振疲劳可靠性和风振稳定可靠性。对于桥梁结构而言,桥梁各主要组成部分受力上的特殊性，主要一般需

5、要进行全部四项可靠性分析,拉索需要分析风振可靠性和风振稳定性,桥塔需要进行风振安令可靠性和风振疲劳可靠性。桥梁抗风除注重安全性外还注重耐久性和舒适性。研宄亦要考虑到设计要求。2.5桥梁抗风的研究在过去相当长的吋间内，人们把风对结构的作用仅仅看成是一种由定常风所引起的静力作用，1940年秋,美国华盛顿州建成才4个月的塔科马悬索桥在不到20m/s的8级大风作用下发生强烈的风致振动一一反对称扭转振动，而异致桥面折断和桥梁坍塌，这才开始了以风致振动为重点的桥梁抗风研宄。定常风的静力作用下，人们主要关心桥梁结构强度和稳定性问题；在不定常风的动力作用下，问题则要复杂得多。因风致振动的桥梁反过来又可能改变

6、气流流场和气动力，必须考虑风与结构的相互作用。当气动力受结构振动影响较小时,它作为一种强迫力将导致桥梁结构的强迫振动一一随机抖振；当气动力受结构振动影响较大时，它表现为自激力作用，导致桥梁结构的自激振动一一单纯扭转模态或弯曲和扭转祸合模态的桥梁颤振、顺风向或横风向弯曲模态的桥梁驰振以及气流流经桥梁断面产生的涡旋所激发的桥梁涡振。2.5.1桥梁风环境桥梁结构的离地高度一般不超过300m,这一范围内的近地风主要受大气边界层内空气流动的影响，其流动的速度和方向具有随时空随机变化的特征。在研究风对桥梁结构的作用时,通常把近地风分解为平均和脉动风速，并且要着重研究对结构设计和受力分析起控制作用的强风,

7、主要包括:平均风剖面或风廓线。平均风随时间的变化规律一一期望风速和重现期，脉动风的特性是湍流强度、揣流积分尺度、功率谱密度等，并在此棊础上发展和完善上述风环境特性的风洞模拟试验技术。1）强风平均风速剖面特性桥梁抗风设计主要关心近地层强风的作用，除了极值风速之外，强风结构特性至关重要。所以采用人气风廓线仪和超声风速仪对强风进行了跟踪测量.人气风廓线仪是一种垂直指向的晴空多普勒雷达，这种技术以及与其组合使用的无线