大跨度桥梁柔细构件风（雨）作用及其振动控制研究

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1、大跨度桥梁柔细构件风（雨）作用及其振动控制研究-->第1章绪论1.1大跨度桥梁发展概况古代桥梁多使用天然的木材、藤条以及石材等作为建筑材料，桥梁形式多为简易的吊桥、简支梁桥和石拱桥等，这一时期的桥梁因建筑材料和科学水平的限制，桥梁跨度较小。近代桥梁是以19世纪中后期钢材以及钢筋混凝土的出现和应用作为标志，较以往的桥梁，其跨度明显增加，可以增大至上百米，结构形式也呈现多样化，从一开始的简支梁板桥和石拱桥发展至出现了钢拱桥、斜拉桥和悬索桥等。现代桥梁工程是以20世纪中后期预应力技术以及高强钢丝的出现和应用作为标志，德国工程师Di

2、shinger就于1956年在瑞典成功修建了世界上第一座现代化的斜拉桥（主跨182.6m的Strjmsund桥），第一座现代化悬索桥则为1903年在美国建成的主跨488m的sburg桥，1930年建成的主跨1298m的美国金门大桥是世界上第一座千米级的大跨径桥梁。英国主跨1410m的Humber大桥，丹麦主跨1624m的大带东桥均为桥梁建造史上里程碑式的桥梁工程，1997年建成的主跨1991m的日本名石海峡大桥是目前跨度最大的桥梁。近二十年多年来，我国大跨度桥梁建设取得了飞速发展，主跨1088m的苏通大桥和主跨1650m的西

3、堠门大桥先后于2008年和2009年建成通车。随着西部开发进程加快，一些跨越崇山峻岭、深切峡谷的山区大跨度桥梁也相继建成，如湘西矮寨大桥等。随着新材料的不断涌现、桥梁计算理论的不断完善以及施工机械和技术的改进，21世纪的桥梁将朝着轻质、超大跨、高强度方向发展，譬如国外目前正在规划的意大利墨西拿海峡大桥（主跨3300m的悬索桥）等[3][4]。国内的国道主干线同江至三亚就有5个跨海工程[3]－渤海湾跨海工程、长江口跨海工程、杭州湾跨海工程、珠江口伶仃洋以及琼州海峡跨海工程，这些跨海工程就包含一批超大跨度桥梁工程。表1.1～表1

4、.3分别列出了世界范围内跨度排名前5的已建成的拱桥、斜拉桥和悬索桥。图1.1给出了几座典型大跨度拱桥、斜拉桥和悬索桥实例。......1.2桥梁柔细构件风（雨）致作用研究随着桥梁跨度的不断增大和轻质高强材料的推广使用，桥梁主梁与构件也趋于柔细化[4]，整体式大节段施工方法使得结构阻尼进一步降低。譬如拱桥中的吊杆、斜拉桥和悬索桥中的拉索和吊索等构件的长细比都越来越大，即使以前作为大吨位构件的主梁，随着桥梁跨度的增大，其长细比也大大增加。九江长江大桥采用的H型吊杆其最大长细比（杆件长度与截面回转半径之比）达到了64左右[5]，南

5、京大胜关长江大桥的箱型截面吊杆其最大长细比达到了65左右[6]。斜拉桥方面，目前国内跨径最大的苏通大桥其最长斜拉索达到580m，其也为世界最长的斜拉索，横截面直径为0.12m左右，长细比达到9600，其箱型主梁的横截面高为4m，主梁跨径1088m，跨高比达到272。悬索桥方面，跨径最大的明石海峡大桥其最长的吊索将近220m左右[4]，吊索横截面直径只有0.1m左右，其长细比达到5500左右，主桁架高为14m，主梁跨经1991m，跨高比达到142。国内的西堠门大桥其最长吊索的长度为170m，横截面直径为0.088m，长细比达到

6、了3800左右，其箱型主梁高3.26m，主梁跨径1650m，跨高比达到506。桥梁跨度的增大带来的重要影响之一就是主梁及柔细构件的风致振动问题进一步加剧。但由于认知的限制，人们在很长的时间内忽视了风对结构物的动力作用，直至1940年美国的Taa悬索桥建成四个月后在19m/s的风速下发生振幅达45°的扭转振动一个小时后倒塌，对桥梁工程界造成了极大的震惊，拉开了桥梁风工程研究的序幕。风工程经过几十年的发展，已形成现场实测、理论分析、风洞试验和数值模拟四大类手段来研究结构的风致振动现象，对各种振动现象有了较清楚的认识。然而，大风一

7、般伴随着降雨，风雨耦合作用相比风单独作用时对桥梁柔细构件的影响有何不同，仍然需要进一步的研究和分析。以下将从风单独作用和风雨耦合作用两个研究领域分别归纳现有的研究现状。......第2章大跨度桥梁主梁风雨作用效应理论分析2.1引言已有的研究表明风雨耦合作用对结构的影响主要体现在四个方面[15][79]：(1)雨滴作为一种离散的悬浮颗粒介质分布于大气中引起空气密度的改变；(2)雨滴下落过程中会受到自身重力、空气阻力、风的输送力等复杂作用力，其联合作用会影响雨滴动能，并对结构产生一定的冲击荷载；(3)雨滴与结构接触后，一部分雨滴

8、会粘附于结构表面形成积水，另外一部分雨滴则会产生溅射，可能在结构物表面周围产生复杂的积水层及雨水粗糙层，从而影响断面受到的三分力；(4)降雨造成积水造成附加重量，影响结构受力特征。各作用因素往往相互耦合对结构的静动力响应产生影响，相当复杂，须分别掌握上述各因素对结构静动力响应的影响机理和规