大跨度桥梁抗风措施研究

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1、2015年11月第11期城市道桥与防洪桥梁结构65大跨度桥梁抗风措施研究吴志勤，何超(1．南京先行交通工程设计有限责任公司，江苏南京21016；2．中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉430056)摘要：桥梁风害是人们非常关心的问题之一。桥梁应具有抵抗风作用的能力，风对桥梁的作用不单纯是平均风的静力作用，特别是大跨度桥梁，其柔性较大，设计时必须考虑颤振、抖振、弛振等空气动力问题。分析总结了以往的桥梁风毁事故，研究了风对桥梁结构的作用及其对策，有关经验可供相关专业人员参考。关键词：大跨度桥梁；颤振；抖振；弛振中图分类号：u448．14文献标志码：

2、A文章编号：1009—7716(2015)11-0~5—05明显的振动。其中在1951年对金门大桥进行实测0引言时，发现该桥在8～9级风力的作用下，主梁1／4处1879年12月，英国的Tay桥遭受暴风雨袭的最大单幅1．7m【”。如此强烈的振动，对桥梁结构击，85跨铸铁桁架中的13跨连同正行驶于其上的的疲劳寿命、行车安全等的危害是不言而喻的。一列火车一起坠人河中。1940年秋，在19m／s的8表1风毁桥梁一览表级大风作用下，美国华盛顿建成仅4个月的塔科马峡谷悬索桥发生强烈的扭转振动。桥面的扭转振动不断增大，发展到±45o的扭角时，吊索被逐根拉断，桥面折断

3、坠落入峡谷中。塔科马大桥的风毁引起了国际桥梁工程界和空气动力界的极大关切，并开展了大量的理论探索和风洞实验研究。事故发生后的调查表明，自19世纪初以来已有1O座桥梁遭到了风毁，桥梁风害也由此被纳入到桥梁设计内容中来。一直到20世纪50年代，通过吸取教训，改进主梁断面形状后，大跨度桥梁又得到蓬勃发展，美国、日本和丹麦等国先后建成了主跨在1km以上的大跨度悬索桥，其中日本1998年建成的明石海峡桥主跨达1990．8m。随着大跨度桥梁建设的日益兴起，桥梁抗风方面的研究也逐渐成为大跨度桥梁设计方面所关注的焦点。1桥梁风害的回顾1962年到1963年间，日本的一

4、座架设中的桁架桥和一座简易人行吊桥相继遭到风毁。1964年有记录的桥梁风毁事故发生于1818年，在狂建成的英国福斯桥的独立桥塔在施工中因风振而风作用下，苏格兰的D~burghAbbey桥遭到毁坏。产生塔柱接头部位的损伤。近几年来，随着我国大直到1940年，世界范围内先后有12座桥因风的跨度桥梁的建设，桥梁的风害也时有发生。例如广作用而遭到不同程度的破坏，见表1。其中风害造东南海九江公路斜拉桥施工中吊机被大风吹倒，成严重事故是英国苏格兰的Tay桥的倒塌，共造成砸坏主梁；江西九江长江公路铁路两用钢拱桥吊了75人死亡。此外，风震将导致大跨径桥梁产生杆的涡激共

5、振、上海杨浦斜拉桥缆索的涡振和雨收稿日期：2015—07—13振使索套损坏等】。这些桥梁风害事故的出现使人作者简介：吴志勤(1981一)，男，江苏南京人，工程师，从事混凝土们越来越意识到桥梁风害问题的重要性，促使桥桥梁结构设计工作。66桥梁结构城市道桥与防洪2015年11月第11期梁工作者对风作用进行深入研究分析。的颤振类同，是一种风致扭转发散振动；另一种观点认为塔科马桥的主梁是H型断面，存在明显的2风对桥梁结构的作用涡流脱落，因此是一种涡激共振。两种观点互相争根据风荷载的速度变化规律及作用周期长论，直到1969年，斯坎伦(R．Scanlan)提出了钝

6、体短，通常将其划分为平均风和脉动风两种类型。断面的分离流颤振理论，成功地解释了塔科马桥在给定的时间间隔内，风对桥梁作用的速度大的风毁机理，并由此奠定了桥梁颤振的理论基础。小及方向不随时间改变，且作用周期远大于桥梁结在这以后，又发展了多种桥梁颤振分析方法。使大构的自振周期l2l，此类风荷载称为平均风，其对桥跨度桥梁的颤振问题在工程上得到了较好的解梁的作用类似于静力作用。平均风的静压对结构释。产生阻力、升力和力矩作用，可引起桥梁的强度、颤振是一种危险的自激发散振动，当风速达变形破坏及静力失稳。到临界风速时，振动的桥梁通过气流的反馈作用风速围绕平均风速随时问

7、随机变化，同时作不断吸取能量从而使振幅逐步增大直至最后结构用周期较短_2]此类风荷载为脉动风，其属于不规则破坏。它是指桥梁以扭转振动形式或扭转与竖向运动的风，对桥梁结构的作用相当于动力作用。结弯曲振动相耦合形式的破坏性发散振动，颤振分构的风致振动现象是多样化的，总体可划分为两扭转颤振和弯扭颤振两种。目前已有学者对桥梁大类：抖振和自激振动。多模态耦合颤振的自动分析进行了相关研究【3_。风对桥梁结构的作用机理十分复杂，它受到风3．2驰振本身的自然特性(环境、地形、地貌)和桥梁结构的对于非圆形截面的边长比在一定范围内的类动力特性(结构固有频率、振型特性、阻尼

8、特性)以似矩形截面的钝体结构及构件，升力曲线的负斜及风与桥梁结构的相互影响等三方面因素的制率效