桥梁抗风概念设计
土木工程中的桥梁抗风设计技术
土木工程中的桥梁抗风设计技术桥梁作为连接两地交通的重要通道，在土木工程中占据着举足轻重的地位。
然而，在桥梁的设计和建设过程中，抗风是一个不可忽视的重要因素。
本文将介绍土木工程中的桥梁抗风设计技术，重点分析桥梁的抗风设计原则、设计方法和常用技术。
一、桥梁抗风设计原则在土木工程中，桥梁抗风设计的原则是保证桥梁在遭受风力作用时能够保持结构的稳定和安全。
具体而言，桥梁抗风设计需要考虑以下几个方面：1. 桥梁的形状设计：合理的桥梁形状设计可以减小桥梁受风的面积，降低风力对桥梁的影响。
例如，在大跨度桥梁的设计中，采用空腹箱梁或曲线形状的桥面板可以减小风阻力，提高桥梁的抗风性能。
2. 桥墩和支座的布置：桥墩和支座的布置对桥梁的抗风性能有着重要影响。
合理的桥墩布置可以增加桥梁的稳定性，减小风力对桥梁的作用力。
同时，在桥梁的设计中还需要考虑桥墩的高度和断面形状，以减小斜向风对桥梁的冲击力。
3. 桥面横向刚度的设计：桥面横向刚度对桥梁的抗风性能起着至关重要的作用。
适当增加桥面的横向刚度可以提高桥梁的自振周期，减小动力响应，增加桥梁的抗风能力。
二、桥梁抗风设计方法基于桥梁抗风设计原则，桥梁的抗风设计方法也日趋成熟。
常用的桥梁抗风设计方法包括静力分析和动力分析两种。
1. 静力分析：静力分析是桥梁抗风设计中较为简单和常用的分析方法。
它通过对桥梁结构所受风力的静力平衡分析，确定桥梁在不同风速下的受力状态，进而判断桥梁是否满足设计要求。
静力分析方法在桥梁设计初期用于快速评估桥梁的抗风能力具有一定的优势。
2. 动力分析：动力分析是桥梁抗风设计中较为精确和全面的分析方法。
它通过考虑风力的频谱特性，结合桥梁结构的固有振动特性，综合计算桥梁的响应和变形情况。
动力分析方法可以更加准确地评估桥梁的抗风性能，并对桥梁的关键部位进行优化设计。
三、常用的桥梁抗风技术为了提高桥梁的抗风性能，土木工程师们还开发了许多创新的桥梁抗风技术。
下面介绍两种常用的技术：1. 风洞试验技术：风洞试验是桥梁抗风设计中常用的实验方法，通过模拟真实风场的风洞试验，获取桥梁结构在不同风速下的受力和变形情况。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法摘要：近年来，随着我国经济的飞速发展，国内的公路网也随之逐渐成型，桥梁工程的建设规模逐年增加。
桥梁结构作为公路交通流通行的重要构造物，其受力特性十分复杂。
随着全球地震活动和极端气候频发，桥梁工程在运营期间可能受到地震波和风荷载的双重作用，如果桥梁抗风抗震能力设计不足，可能造成一定程度的人员伤亡和经济损失。
目前国内外很多学者和工程人员针对桥梁抗震与抗风设计开展了许多研究，研究桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法十分重要。
关键词：桥梁；抗震；抗风；设计理念；设计方法引言我国对于桥梁的抗震和抗风设计方法及理论分析较少，并且计算方法的局限性较大。
对桥梁抗震和抗风设计共同研究更是少之又少。
为了保证桥梁设计思路清晰，避免出现桥梁某一方面性能的设计过于保守，另一方面设计不满足要求的情况出现，论文通过对设计理念和设计方法进行分析，为桥梁的抗震和抗风提出了理论方法。
1地震和风的特性分析地震是因为地球自转或构造而出现，其强度可用震级和烈度来表示，前者表示地震本身的强度大小，后者表示地震对构造物的破坏程度。
风是冷暖空气相对于地面流动的结果，其强度可用风级、风速、风压等指标来衡量。
地震和风特性的区别主要体现在以下几个方面。
1）重现期不同。
一般情况下，地震（尤其是大震）发生次数少，重现期较长，持续时间短，破坏力大。
风发生次数多，重现期较短，持续时间短，破坏力相对于地震小。
2）影响因素不同。
地震受地球构造、地质情况影响大，风受气候环境、地形地貌影响大，但是局部区域也可能强震与强风同时存在。
3）作用方式不同。
地震属于偶然作用，是以地震波的方式来传播的。
由于传播介质的复杂性，地震波在传播期间容易出现反射、折射等现象，使得构造物受地震的影响也复杂。
风是一种流体，不存在传播介质，在流动过程中产生的风荷载和构造物相互作用，出现自激振动现象。
4）设防目标不同。
地震和风的预测都是基于历史资料，但是JTG/T2231-01—2020《公路桥梁抗震设计规范》提出了明确的桥梁抗震设防目标，但是风力无论大小都要考虑其对桥梁结构的影响，没有明确的设防目标。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法
ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅｓ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ．
Ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ Ｓｕｔｏｎｇ Ｂｒｉｄｇｅ，ｉｔ ｓｕｐｐｏｒｔｓ ｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓ’ｖｉｅｗ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｉｔｓ ｓｋｅｗ
ａｒｔｉｃｌｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｍ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｈｅｉｒ
ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｈｉｃｈ Ｃａｎ ｈｅｌｐ ｆｕｔｕｒｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｎｄ ｗｉｎｄ．ｒｅｓｉｓｔａｎｔ．
ｗｉｎｄ ｅｆｆｅｃｔ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｙｓｔｅｍ．
３．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ，ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｆｏｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｓｔａｎｄａｒｄｓ，ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ａｎｄ
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法探讨
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法探讨桥梁在地震和强风等极端天气条件下的抗震和抗风设计是非常重要的，因为这些天气条件可能给桥梁结构带来巨大的破坏风险。
在进行桥梁抗震和抗风设计时，需要考虑桥梁材料的强度、结构的刚度以及桥梁的几何形状等多个因素。
本文将探讨桥梁抗震和抗风设计的理念和方法。
首先，桥梁抗震设计是为了使桥梁能够在地震中保持其完整性和稳定性。
在进行抗震设计时，应考虑到地震引起的地震力和动力效应。
地震力是指地震引起的作用力，而动力效应是指地震波所产生的动力荷载对桥梁结构的作用。
为了抵抗这些力量和效应，可以采取多种措施，如增加桥墩的承受能力、加固桥梁结构内部的连接部分、采用一些减震设备等。
此外，还应根据地震水平和桥梁的重要性确定设计参数，以确保桥梁在地震中能够承受相应的力量。
其次，桥梁抗风设计是为了使桥梁能够在强风条件下保持其稳定性和安全性。
强风可能产生强大的风载荷，在桥梁表面、顶部和侧面产生巨大的压力。
为了抵抗这些风载荷，可以采用一些措施，如增加桥墩的宽度和高度、采用空气动力学构件以减少风阻力、使用减压通风口等。
此外，还应考虑到桥梁在不同风向下的稳定性以及风应力对桥梁材料和连接部件的影响，以确保桥梁在强风中能够承受相应的力量。
在进行桥梁的抗震和抗风设计时，可以应用一些设计方法来评估桥梁结构的性能。
其中一个常用的方法是地震和风载荷的时间历程分析。
通过对地震波和风速的变化进行模拟计算，可以得到桥梁结构在地震和强风条件下的动态响应。
另一个常用的方法是使用有限元分析软件来建模和分析桥梁结构的行为。
通过将桥梁结构划分为多个小元素，并对每个小元素进行力学分析，可以得到桥梁结构在地震和强风作用下的应力、应变和位移等参数。
此外，还可以使用试验来评估桥梁结构的性能，例如通过对小样品进行抗震和抗风试验来研究桥梁的破坏机制和受力特点，以制定相应的设计规范。
综上所述，桥梁的抗震和抗风设计是非常重要的。
在进行抗震和抗风设计时，需要考虑地震和风载荷的作用，并采取一些措施来增加桥梁结构的稳定性。
桥梁抗风概念设计
全桥颤振－tacoma桥
大幅度扭转振动
杆件颤振：拱桥板式钢吊杆的大攻角颤振
2006年8月，广东一拱桥 在24m/s风速下的振动录 像（田仲初摄）
连续振动13小时至吊杆的 翼板断裂
(2) Vortex shedding vibration 涡激共振
• 机理：气流绕过柱体时在尾部产生涡， 涡脱落时产生对柱体的作用力， 涡脱频率与柱体自振频率接近时发生共振
0 .0
5 .0
0 .0
-5 .0
-1 0 .0
-1 5 .0
-2 0 .0
-2 5 .0
-3 0 .0 0 .0
T h e o d o rs e n P B 1degree P B 2degree P B 3degree
5 .0
1 0 .0
1 5 .0
2 0 .0
2 5 .0
3 0 .0
U /fB
T h e o d o rs e n P B 1degree P B 2degree P B 3degree
5 .0
1 0 .0
1 5 .0
2 0 .0
2 5 .0
U /fB
*
H 2
*
H 4
3 .0 2 .5 2 .0 1 .5 1 .0 0 .5 0 .0 -0 .5 -1 .0
0 .0 0 .5 0 .0 -0 .5 -1 .0 -1 .5 -2 .0 -2 .5 -3 .0
0 .0
T h e o d o rs e n P B 1degree P B 2degree P B 3degree
5 .0
1 0 .0
1 5 .0
2 0 .0
2 5 .0
U /fB
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法1. 桥梁抗震设计理念：桥梁抗震设计的主要目的是在地震发生时，确保桥梁结构能够安全地承受地震力的作用，避免结构破坏或倒塌。
2. 桥梁抗震设计方法：桥梁抗震设计方法包括强度设计、刚度设计、能量耗散设计和容限状态设计等。
3. 强度设计：强度设计是指根据地震力要求确定结构的强度，确保桥梁在地震力作用下不会发生破坏。
通常采用抗震设防烈度等级来确定设计地震力。
4. 刚度设计：刚度设计是指通过控制桥梁结构的刚度，使其能够在地震作用下产生足够的变形和位移，分散地震能量，减少对结构的破坏。
5. 能量耗散设计：能量耗散设计是指通过设计合理的耗能装置，将地震能量引导到可控制的耗能装置中，从而减少对桥梁结构的破坏。
6. 容限状态设计：容限状态设计是指在地震作用下，桥梁结构仍然能够保持可用性和安全性，不会发生严重的破坏。
7. 桥梁抗风设计理念：桥梁抗风设计的主要目的是确保桥梁结构能够抵御风力的作用，避免结构受到风灾的影响。
8. 桥梁抗风设计方法：桥梁抗风设计方法包括风洞试验、计算模拟等。
9. 风洞试验：风洞试验是通过建立模型，在风洞中模拟不同的风速和风向条件，测试桥梁模型在风力作用下的响应，从而得到设计所需的抗风能力。
10. 计算模拟：计算模拟是通过建立桥梁结构的数值模型，在计算机上模拟不同风速和风向下的风力作用，分析桥梁结构的响应。
11. 桥梁抗震设计中的设计地震力：设计地震力是指根据所在地区的抗震设防烈度等级，确定桥梁结构所需的地震力。
12. 桥梁抗震设计中的土动力性能：土动力性能是指土壤在地震作用下的变形和位移特性，对桥梁结构的抗震性能有重要影响。
13. 桥梁抗震设计中的结构可靠性：结构可靠性是指桥梁结构在地震作用下的安全性能，包括结构的强度、刚度和位移控制等。
14. 桥梁抗风设计中的风压计算：风压计算是确定桥梁结构受风力作用下的压力分布和大小，从而进行结构设计。
15. 桥梁抗风设计中的风荷载选择：风荷载选择是根据所在地区的设计风速和风向，确定桥梁结构所需的抗风能力。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法3内江市市中区交通战备服务中心云南省内江市 641000摘要：桥梁结构设计的理念是指在桥梁设计过程中所遵循的设计思想和原则。
一个好的桥梁设计理念可以提高桥梁的安全性、可靠性和经济性，同时也可以减少对环境和资源的影响。
设计理念应该注重桥梁的安全性，确保其承载能力、稳定性和耐久性符合设计标准，尽量避免桥梁发生垮塌或损坏的情况。
设计理念应该注重桥梁的经济性，即在满足使用功能、安全和可靠性要求的前提下，尽可能降低建设和维护成本，提高资金利用效率。
设计理念应该注重桥梁的环境友好型，尽量降低桥梁对环境的污染和破坏，如减少空气和水质污染，保护野生动物和植物的栖息地等。
基于上述理念，本文将深入研究桥梁抗震与抗风设计方法，以期对关注该领域的人员有所帮助。
关键词：桥梁工程;抗震;抗风;设计方法;设计理念;1 概念分析地震波和风荷载是对桥梁结构产生重要影响的两个因素。
下面是它们对桥梁结构影响的简要描述：地震波：地震波通常是一种突然的、短时的震动，它能够对桥梁产生很大的影响。
在地震中，桥梁受到的地震力通常由动力荷载和静力荷载组成。
动力荷载源于地震波的振动作用，静力荷载由于结构本身的变形所引起。
地震波如果超过桥梁的承载极限，可能导致桥梁结构的垮塌或者局部破坏。
因此，对于处于地震活动区域的桥梁或者地震烈度较高的地区建设的桥梁，需要充分考虑地震荷载的影响，并采取相应的加固措施。
风荷载：风荷载是桥梁结构设计中必须考虑的因素之一。
在桥梁设计中，风荷载通常分为横向风荷载和纵向风荷载两种。
横向风荷载是指垂直于桥梁方向的侧向风载荷，其作用使得桥梁产生横向振动；纵向风荷载是指平行于桥梁方向的风载荷，其作用使得桥梁产生纵向振动。
对于高大的桥梁，风荷载对其影响更为显著，因此需要采取相应的风振控制措施，如增加桥梁的刚度和耐风能力等。
总的来说，地震波和风荷载都是桥梁结构设计中必须考虑的因素，需要根据实际情况进行充分的分析和设计，以保证桥梁结构的安全和可靠性。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法探讨
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法探讨摘要：我国在经历了几十年的高速发展之后，各级公路网络已经基本形成，目前我国公路桥梁数量已超过80万座。
桥梁结构是公路上跨越沟谷、河道、道路、其他障碍物等的主要方式，公路桥梁多数位于地形地质和气象复杂的野外，而桥型样式丰富，其力学性能就变得更复杂了。
在世界范围内，由于地震及极端天气事件频繁发生，使得桥梁在运行过程中将承受着地震与风荷载的共同作用，若其抗风、抗震性能不够完善，将导致其失稳、颤振等病害，甚至导致其坍塌，造成巨大的经济损失，也不利于抗灾救灾工作的开展。
当前，关于桥梁抗震抗风设计的研究已在国内外引起了广泛关注，虽然已形成较为系统的理论及规范，通常仅限于某一种设计理念和计算方法，鲜有对比分析桥梁结构抗震抗风设计的报道。
所以，对桥梁的抗震、抗风设计的理念和方法进行深入的探讨是非常有意义的。
关键词：公路桥梁；抗震与抗风；设计理念；设计方法1地震和风的特性分析除了汽车人群作用和其他偶然作用外，地震和风荷载是影响桥梁安全运营的两个重要因素，对大跨径桥梁的影响尤为突出。
然而，地震与风因其自身特点不同，对桥梁结构产生的作用也不尽相同，这就导致了桥梁结构在抗震与抗风设计理念与设计方法上也存在着不同。
地震，又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。
地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地震的主要原因。
强震的发生具有很大的偶然性，同时也有一定的必然性。
强震常常造成严重财产损失和人员伤亡，能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。
据统计，地球上每年约发生500多万次地震，即每天要发生上万次的地震。
其中绝大多数太小或太远，以至于人类感觉不到;真正能对人类造成严重危害的地震大约有二十次;能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。
人类感觉不到的地震，必须用地震仪才能记录下来;不同类型的地震仪能记录不同强度、不同远近的地震。
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PB 1degree
-1.2
PB 2degree
PB 3degree
-1.4
-1.6
-0.5
0.0
5.0
8.0 7.0 6.0 5.0 4.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
U/fB
Theodorsen PB 1degree PB 2degree PB 3degree
-1.8 -2.0
0.0
脉动风特性
紊流度，积分尺度，功率谱密度(规范p46)
27
结构动力特性分析
• 结构主要模态的频率和阻尼比对抗风性能 影响很大
• 基频估计（规范p15）
斜拉桥 竖弯
fb
110 L
悬索桥 中跨简支竖弯
fb
0.1 L
扭转
Ec Ac m
， ft
C L
C查表
• 阻尼比， 规范钢桥0.005 可能偏于不安全
• 机理：气流绕过柱体时在尾部产生涡， 涡脱落时产生对柱体的作用力， 涡脱频率与柱体自振频率接近时发生共振
• 特点：有风速锁定区间；限幅；均匀流中发生； 弯曲或扭转
11
钢桥涡振实例－日本东京湾桥
10跨连续刚构桥，主跨240米， 单箱钢梁，梁高 3～10米
Trans-Tokyo Bay Bridge
25
• 基本思路：
本质上是一个流固耦合问题，简化为风荷载的确定及其相应的结构效 应问题。这里的风荷载，包括静力的和动力的，动力荷载包括强迫的 和自激的。
• 基本方法：理论分析，风洞试验，CFD
往往需要多种方法的综合应用与相互校核
• 重要假定：条带假定：
等截面直梁的单位长度受到的风荷载处处相等
• 主要对策
• 对于钝体截面，如边主梁， H型吊杆，可发生单自由度
扭转颤振，此时h＝0，由两 自由度颤振方程可得：
I
&& 2& 2
1 2
U
2B2
A2#
B&
U
A3#
全桥气弹模型风洞试验
22
风荷载与风致响应的分类
自然风的分 量
结构状态
平均风 （定常流）
假定为固定状 态
微振动
脉动分量 假定结构固定
风荷载类型 平均风力 涡激力 自激力 抖振力
描述风荷载的 结构响应类 无量纲参数 型与特征
三分力系数 斯托哈特数 颤振导数 气动导纳
静变形与静 力失稳
介于强迫振 动与自激振
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3
5.0
10.0
15.0
U/fB
Theodorsen PB 1degree PB 2degree PB 3degree
A* 4
3.0
0.2
2.0
0.1
1.0
0.0
-1.0 0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
U/fB
0.0
-0.1
-0.2 0.0
5.0
动之间
颤振、驰振 （自激的可 能发散的振
动）
抖振限幅振 动（强迫振
动）
23
3、桥梁风致振动的基本理论
与抗风设计方法
24
研究内容与特点
• 桥梁抗风研究在桥址处各种可能的风场条件下，桥梁结构 的静力效应与动力响应，为新建桥梁的设计、施工提供解 决方案。大跨柔性桥梁如悬索桥和斜拉桥，刚性桥梁中的 柔性构件，如拱桥的吊杆等，都必须进行桥梁抗风的研究。
31
驰振方程－驰振稳定性判据
• 弯曲驰振方程为
m
&y& 2 y& 2 y
1 2
U
2
B
dCL
d
CD
y& U
• 移项后速度前的系数表示系统的净阻尼，用d表示有
d
2m
1 2
UB
dCL
d
CD
0
•当
dCL
d
CD
0
0
• 时才会出现不稳定现象。因此上式左端又称为驰振力系
数。又因为一般情况下阻力系数总是正的，因此只有当
CL'
dCL
d
0
• 升力系数关于攻角的斜率为负才可能出现不稳定的驰振
现象，令d=0 得到驰振临界风速计算公式。
32
驰振临界风速验算公式
4m Ug B(CL' CD )
10.0
15.0
20.0
U/fB
20.0
25.0
25.0
30.0
39
平板（PB）模型竖向气动导数
H*
1
4.0 2.0 0.0 -2.0 -4.0 -6.0 -8.0 -10.0 -12.0 -14.0
0.0
5.0
0.0
-5.0
-10.0
-15.0
-20.0
-25.0
-30.0 0.0
Theodorsen PB 1degree PB 2degree PB 3degree
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
U/fB
Theodorsen PB 1degree PB 2degree PB 3degree
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
U/fB
H* 2
H*
4
3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0
0.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0
K 2 A4*
h
B
式中，Hi和Ai，i=1.2.3.4 称为颤振导数或气动导数，它们与截
面形状有关，且假定为无量纲频率K=wB/U的函数，目前主要
利用节段模型风洞试验数据经理论分析后识别，有自由振动法
和强迫振动法。
36
典型截面的颤振导数
•试验了四种断面的节段模型； •对每一种断面，分别进行单自由度，两 自由度，三自由度试验； •对试验信号，分别用频域法，时域法识 别颤振导数
• 无量纲的静力三分力系数，用来描述具有同样形状截面的 静力风荷载的共同特征。
• 利用三分力系数，体轴坐标系下，静力风荷载可以表示为：
阻力
FH
1 2
U 2CH D
升力
FV
1 2
U
2CV
B
扭矩
MT
1 2
U
2CM
B2
系数，CH，CV，CM
静三分力系数随攻角变化
30
(1) 驰振理论
• 当气流经过一个在垂直气流方向上处于 微振动状态的细长物体时，即使气流是 攻角与风速都不变的定常流，物体与气 流之间的相对攻角也在不停的随时间变 化。由气动三分力曲线可以看出，相对 攻角的变化必然导致三分力的变化，三 U 分力的这一变化部分形成了动力荷载， 即气动自激力。由于按相对攻角变化建 Uα 立的气动自激力理论，忽略了物体周围 非定常流场的存在，仍将气流看作是定 常的，因此这种理论称为准定常理论 （Quasi-Steady Theory）,相应的气动 力称为准定常力。
杆件可能发生驰振的截面举例
33
可能发生驰振的截面举例
34
与驰振相关的抗风设计方法
• 测定截面的三分力随攻角变化的曲线，如 升力曲线没有下降段，无驰振问题；
• 计算驰振系数和相应的驰振临界风速，应 满足条件：Cg大于1.2倍设计风速
• 如不满足，考虑修改截面形状，如矩形柱 可作切角处理成稳定的八边形截面；安装 TMD以提高等效阻尼比等等
37
模型 PB 模型 HM
模型 AZ
模型 DT
38
A* 1
A* 3
平板（PB）模型扭转气动导数
3.5
0.2
3.0
0.0
2.5
Theodorsen
PB 1degree
2.0
PB 2degree
PB 3dห้องสมุดไป่ตู้gree
1.5
1.0
0.5
0.0
A* 2
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
Theodorsen
-1.0
0.0
Theodorsen PB 1degree PB 2degree PB 3degree
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
U/fB
Theodorsen PB 1degree PB 2degree PB 3degree
40
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
U/fB
H* 3
单自由度扭转颤振
• 机理：风速很大时，风产生的升力和阻力联合作 用，使桥梁特别是索支承桥丧失扭转刚度而失稳
同济大学提供
19
(6)尾流干扰
• 机理：气流依次流过前后两个柱体（串 列）而产生的相互干扰作用
• 效应：降低颤振临界风速； 产生涡振和驰振
20
尾流干扰实例－1: 赛车
21
即使是混凝土桥梁，尾流干扰也可使下游桥梁发生 涡激振动，但风速较高，海上桥梁有可能发生
桥梁抗风设计方法与工程应用
陈政清 zqchen@
湖南大学风工程研究中心
2012年6月
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目录
1. 起源与历史 2. 桥梁风致振动的类型 3. 桥梁风致振动基本理论与抗风设