大跨度桥梁抗风措施研究.pdf

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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

2、中图分类号：u448．14文献标志码：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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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