大跨度悬索桥抗风讲座报告_建筑土木_工程科技_专业资料

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1、讲座报告（四）姓名：顾尚廉学号；1130519导师：周志勇浅谈大跨度桥梁的抗风问题——听《大跨度桥梁的极限跨径和抗风挑战》有感听完葛老师《人跨度桥梁的极限跨径和抗风挑战》讲座后，对于在本科期间从未了解过桥梁抗风问题的桥梁系研i学牛的我来说，对大跨径桥梁的跨径极限和抗风问题有了一个初步的认识，也使我明确了以后学习和研究的方向。下面我简单的介绍一下我对桥梁抗风问题的一些浅显认识。0前言风灾是自然灾害中发生最频繁的一种，桥梁的风害事故屡见不鲜。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相互作用等多方面因素的制约。当风绕过一

2、般为非流线型作用截面的桥梁结构时，会产生旋涡和流动的分离，形成复杂的空气作用力。当桥梁结构的刚度较大时，结构保持静止不动，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小时，结构振动受到激发，这时空气力的作用不仅具有静力作用，而月.具有动力作用。1对桥梁抗风问题的重视1940年，塔科马大桥的风毁事故引起了人们对桥梁抗风问题的重视和研究随着桥梁跨径的不断增大，桥梁结构日趋轻柔化，抗风问题才显得H益突出，特别是大跨度悬索桥的抗风稳定问题已经成为直接影响跨度进一步增大的关键因素。2风对桥梁结构的作用2.1.风的静力作用静力作用指风速屮由平均风速部分施加在结构上的静压产生的

3、效应，可分为顺风向风力、横风向风力和风扭转力矩。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，作用与桥梁上的风力可能来自任一方向，英屮横桥向水平风力最为危险，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中，通常将风荷载换算成静力风荷载，作用在主梁、塔、缆索、吊杆等桥梁构件上，进行结构的计算分析。2.2风的动力作用风的动力作用指结构在风作用卜•的空气弹性动力响应，它一般可分为两大类。第i类，自激振动：在风的作用下，曲于结构振动对空气的反馈作用，振动的结构从空气屮汲取能量，产成-•种自激振动机制，如颤振、弛振和涡激振动

4、。若颤振和弛振达到临界状态时，将出现危险性的发散状态。第二类，强迫振动：结构在紊流脉动风作用下的一种有限振幅的随机强迫振动，由于脉动风的随机性质，这种由阵风带的脉动风谱引起的随机振动响应（阵风响应）称为抖振fBufc11ing3。涡激振动虽然带冇自激性质，但它和颤振或驰振的发散性振动现象不同，其振动响应是-•种限幅的强迫振动，故该类振动具有两重性。2.2.1涡振风流经过各种断而形状的饨体结构时，在英断而背后都冇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构振动称为涡激振动。涡激振动兼有口激振动和强迫振动的性质，它是一种发生在较低风速区内的冇限振幅振动。通常情况下

5、，涡激振动的振幅很小，但当旋涡脱落频率与结构的固有频率相接近吋，流体与结构间产生强烈的相互作用引起涡激共振。同时也将产生“锁定”现象。对涡激振动响应的分析，通常采用升力振子模型、经验线性模型和经验非线性模型等来研究。2.2.2颤振对照旋涡脱落现象，振动的桥梁从流动的风中吸收能量，由此引起的不稳定被称为自激振动或颤振。颤振是一种危险性的II激发散振动，英特点是当达到临界风速时，振动着的桥梁通过气流的反馈作用而不断地从气流中获得能量，而该能量又大于结构阻尼所能耗散的能量，从而使振幅壇大形成一种发散性的振动。对于近流线型的扁平断面可能发牛类似机翼的弯扭藕合颤振。对于非流线型断面

6、则容易发生分离流的扭转颤振。颤振会引发结构发散性失稳破坏。尽管颤振是桥梁风致振动中最具危害性的现彖，但只冇精心分析与设计，辅以风洞模型实验验证，并采用捉高主梁截面抗扭刚度等措施來提高颤振临界风速，就能避免这类现象的发生。冃前，桥梁的颤振问题已基本得到解决。2.2.3抖振抖振可视为來流的脉动成分引起的抖振力和紊流绕过结构后产生的脉动力共同作用的结果。按來流的不同可分为：①上游临近结构物尾流引起的抖振；②结构物后木身紊流引起的抖振；③大气紊流引发的抖振。实际上，桥梁结构屮最为常见的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迫振动，但由于诱发抖振的风速较低，过人的抖

7、振响应还将导致构件较人变形以及结构局部疲劳，同时会引起行人或行车的不舒适。抖振分析业已成为桥梁抗风设计屮相当重要的环节。桥梁抖振分析目前主要有三种方法，即基于Sear和Liepmann的机翼抖振理论的Davenport理论，考虑自激力影响的Seanlan颤抖振理论以及建立在随机稳定理论基础上的Y・K・“n随机抖振理论。2.2.4驰振驰振是一种发散的横风向单自由度弯曲自激振动，一般发生在具冇棱角的方形或接近方形的矩形截面结构中。根据來流的不同，驰振一般可分为横流驰振和尾流驰振。横流驰振是曲升力曲线（或升力矩曲线）的负斜率所引起的