斜拉索风致抖振响应研究.pdf

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1、2Q!Z生篁2塑f篁箜至!Q塑】江酉建堑童逼工程斜拉索风致抖振响应研究●郑娟●重庆交通大学土木建筑学院，重庆400074摘要：近些年大跨度桥梁作为跨越河流、山涧等障碍的主要构筑物在全世界范围内的研究和建设蒸蒸日上。桥梁结构设计理论和施工技术的不完善与进步很大程度上提高了桥梁的跨越能力，但是大跨度的桥梁因为其轻柔的这类特点，在强烈的外荷载的作用下动力响应特别地剧烈。基于此，设计者们及施工者们采用了有效的措施来控制大跨度桥梁结构的振动响应，也是为了能够保证结构的气动稳定性、静风稳定性，并且要使结构抖振响应的振幅限制在允许的范围内，这样其在

2、长期投入使用中的安全性、适用性及其耐久性具有重要的研究意义。关键词：大跨度桥梁风致振动抖振自1818年有桥梁风毁记录资料以来，全世界已有近20座大跨桥梁毁于强风，特别是1940年主跨853m的美国华盛顿州Tacoma大桥在八级大风作用下发生强烈的风致振动，最终导致颤振坍塌，从此揭开了全世界大跨桥梁风致振动研究的历史。在一些方面使桥梁断面形式更加完善，同时提高结构的刚度，大部分情况下能避免大跨径的桥梁出现颤振的现象，而另一方面脉动风致使的桥梁抖振变现象越来越引起大家的关注。国内外在大跨径桥梁结构的抖振响应分析方法上有了很大的突破，而对斜

3、拉桥索抖振疲劳损伤的研究却很少。一般情况下抖振式限幅振动不会使桥梁结构发生毁灭性的灾难，然后这样的振动是能引起构的疲劳，在舒适度方面会很大幅地下降。此篇文章简单阐述国内外的斜拉桥风致抖振发展进展，提出一些自己的看法及意见。1斜拉桥结构抖振疲劳研究的意义现在工程上大部分桥梁都采用高强度的材料，减轻自重是向更大跨径的方向发展，这样做的同时，风对桥梁振动的影响也越来越显著。在有关桥梁断面的非线性这个特点上，要最大程度地做到理论与实际相结合，绝不能单纯地以理论去考虑，而这些是要建立在复杂的钝体断面上的空气作用力模型上来完成。桥梁风致振动是由于

4、风、桥梁结构运动的气动弹性之间的互相作用，而这些的振动现象和构筑物自己的动力特性、风的空气动力学是分不开的。目前，主要风振现象有颤振、抖振和涡激致振。涡激致振是因为非流线型断面的周围或背后的空气尾流交替，而发生旋涡，以致脱落。产生的周期性空气力能使结构发生强迫性振动，这种振动强度主要取决于初始阻尼值、结构的刚度、断面形式等。风速越大，涡振的振幅越小。通常不会使结构很快地破坏，但要是如果长期作用就会使得构件疲劳，行车和行人有不舒适感和不安全感，故应避免或采取措施限制其响应。抖振，即紊流风响应，因为风荷载的随机扰动而引起了强迫振动。抖振是

5、在任何风速下都会发生的限幅振动，跟结构的质量、阻尼、刚度和气动外形(其响应振幅属于cm到dm之间)均有关。通常此振动不会引起整个结构的破坏，但是可能导致构件的疲劳或者产生较大的变形和应力，甚至可能出现结构的功能障碍。颤振是因为空气力的负阻尼效应，在某一临界风速状态下，气动力将能量通过主梁连续输入振荡结构中，致使这种结构振幅慢慢发散，所以都是自激形式的振动内容，也是一种危险的发散性振动，如果一旦发生，构筑物将会破坏，因此在工程上是绝对不容许的。首先要保证l

6、缶界风速必须远大于设计风速，这样才能有效地避免出现结构失稳现象。现在有研究显示，

7、合适的桥梁横截面外形、提高结构的刚度以及改善外形的气动等措施能有效的提高颤振、驰振这种自激性、发散振动的临界风速，同时可以明显限制桥梁的涡激振动。2国内外风致抖振研究现状桥梁的抖振是指在紊流场作用下的随机振动。桥梁结构在随机风荷载作用下的响应计算可分为频域法和时域法两大类。目前我国主要是采用频域法和时域法，而国外现已经开始了采用三维分析法。2．1抖振响应的频域分析方法结构的振动与风场会形成一种耦合关系，即结构振动与风场改变后的相互影响，这种耦合表现在结构的阻尼特征与刚度特性的改变。在桥梁抖振响应分析中，通常采用Scanlan自激力表达

8、式引入气动刚度与气动阻尼。2．2抖振响应的时域分析方法时域分析方法是通过模拟随机荷载的统计特征，将激励转化为时间系列，通过动力有限元方法确定结构的响应。2．3三维的计算机流体动力学分析目前，很多对桥梁风致振动分析采用计算机流体动力学(CFD)，但很多都是仅限于二维分析，国外现在已经展开全桥三维分析的研究了，但目前技术还不是很成熟。三维的计算机流体动力学分析比常规的分析要符合实际情况，采用此方法可以更有效的模拟风的流动、风载和风致振动等风洞实验，并且其更适用于需要长期监测维修和实用性的分析。Byeong—CheolKiml采用最小二乘法

9、和拉格朗日一欧拉法对斜拉桥进行有限元建模，然后对其进行三维的计算机流体动力学分析(3DCFD)和频域法两种方法分析抖振，然后对分析结果进行比较。2．4抖振响应控制方法结构振动控制一般都是通过改变结构体系的刚度、质量、表面