桥梁抗风基础PPT课件
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龙卷风：在强雷暴中形成，所有风中最强的风
2020/5/31
9
局部风——焚风
-0.50C 每100米 Dew Point -10C 每100米
2020/5/31
＋10C 每100米 特点：热、干燥
10
局部风——布拉风
-0.50C 每100米 Dew Powenku.baidu.comnt -10C 每100米
2020/5/31
风的分类：季风，飓风（台风、气旋），温带气旋，
局部风。
2020/5/31
3
风的分级
气象学上将风的强弱 按 10min 时 距 的 平 均 风速的大小分成13个 等级。右表为常用的 蒲氏风级表（由英国 人F.Beaufort于1805 年拟定）。
2020/5/31
4
季风
季节性的风 冬季形成大陆高压 夏季形成大陆低压 亚洲受季风影响非常强烈
2020/5/31
5
台风
强烈的热带气旋，在北半球热带气旋中的气流绕中心呈逆 时针方向旋转，愈靠近热带气旋中心，气压愈低，风力愈 大，其中心却是一片风平浪静的晴空区，即台风眼。
当热带气旋中心附近最大风力小于8级时称为热带低压，8 和9级风力的称为热带风暴，10和11级风力的为强热带风 暴，只有中心附近最大风力达到12级的热带气旋才称为台 风。
第六讲 桥梁抗风基础
福州大学土木工程学院
.
1
主要内容
风害VS震害 桥梁史话及历史桥梁风毁 风工程基本术语 近地风特性 风对结构的作用
2020/5/31
2
什么是风？
风是一种自然现象：是由于太阳对地球大气的加热
不均匀而引起的。由于地球表面的地形起伏和各种障碍物 的影响，使靠近地面风的流动发生紊乱，造成风在速度、 方向及其空间分布上都是非定常的（即随时间变化的）和 随机的。
形成于高温、高湿和其它气象条件适宜的热带洋面。据统 计，除南大西洋外，全球的热带海洋上都有热带气旋生成。
2020/5/31
6
台风
2020/5/31
7
温带气旋
由大尺度气流受山脉阻挡或沿锋面两侧的 气团之间的相互作用而产生
发生于中纬度地区 移动速度一般夏季约为20km/h，冬季约为
50km/h。 伴随有强雷暴和龙卷风
2020/5/31
13
局部风——龙卷风
2020/5/31
14
局部风——龙卷风
龙卷风产生过程：
随着中尺度气旋向地面发展和向上伸展，它本身变细并增强。同 时，一个小面积的增强辅合，即初生的龙卷在气旋内部形成，产生气 旋的同样过程，形成龙卷核心。
2020/5/31
15
局部风——龙卷风
龙卷风产生过程：
2020/5/31
8
局部风
焚风：空气越过山顶后被迫下沉，绝热压缩使空气温度升 高形成，典型见美国洛矶山脉
布拉风：寒冷区域无法形成焚风，势能转化为动能，形成 强烈阵风，典型见亚得里亚海东北岸
急流效应风：因地形分布导致流线辐合，风速增强，典型 见法国南部罗纳谷地
雷暴：暖湿气流上升过程中大规模降雨，使冷气流下沉， 在地面以壁急流形式形成扩散而成
2020/5/31
21
塔科马桥毁的讨论
该桥在设计时吸取了Tay桥事故的经验，其抗风压的设计对于60m/s 的风速都是安全的。然而对风致振动却几乎未加考虑。根据当时的技术 条件，采用了钢板梁，并且选用了从空气动力学角度来看属于不稳定的 H型断面。因此，1940年刚刚建成通车后，每通稍强的风就显示出有风 振的趋势，但在头4个月内，这些振动仅是竖向的，而且在振幅达到大约 1.5m后振动就衰减下来。运营几个月之后，随着跨中防止加劲梁和主索 间相互位移的几根稳定索的断裂，振型突然改变，主桥在跨中作反对称 扭曲运动，在跨度l／4点出现从至的倾斜。发生了扭曲振动约l小时之后， 随着吊杆在索套处的疲劳断裂，约300m长的加劲梁坠入水中。
从目击者所描述的风毁景像中可 以明显感到事故的原因是风引起 的强烈振动。只是人们对这种风 致振动机理还不可能作出科学的 解释，对其危害性认识还不够。
1940年，美国西海岸华盛顿州建成了中央路径为853m，居当 时世界第三位的塔科马悬索桥（Tacoma Bridge），其设计风 速为60m/s。然而四个月后，却在19m/s的风速袭击下，产生 强烈扭曲振动而遭破坏。这次事故再次震惊了桥梁工程界， 经过广泛深入研究，提出了桥梁的风致振动问题。
破坏十分巨大
51 ~ 160 510 ~ 1600
2020/5/31
17
风害VS震害
热带气旋灾害是最严重的自然灾害，因其发生频率远高于 地震灾害，故其累积损失也高于地震灾害
我国是世界上受热带气旋危害最甚的国家之一 1991年4月底在孟加拉国登陆的热带气旋曾经夺去了13.9
万人的生命 台风给我国造成的经济损失，上世纪80年代为数十亿元，
＋10C 每100米 在某些情况下， 空气下降时加热 不够，则形成布 拉风。 特点：冷、干燥
11
局部风——龙卷风
龙卷风产生过程：
大气的不稳定性产生强烈的上升气流，由于急流中的最大过境气流 的影响，它被进一步加强。
2020/5/31
12
局部风——龙卷风
龙卷风产生过程：
由于与在垂直方向上速度和方向均有切变的风相互作用，上升气 流在对流层的中部开始旋转，形成中尺度气旋。
16
F1
VF 33 ~ 49m / s ，中等破坏
1.6 ~ 5.0
10 ~ 50
F2
VF 50 ~ 69m / s ，相当大破坏 5.1 ~ 16.0 51 ~ 160
F3
VF 70 ~ 92m / s ，严重破坏 16.1 ~ 50.9 161~ 509
F4 F5~F12
VF 93 ~ 116 m / s ，毁灭性破坏
1887年重建Tay桥时，由Baker等经现场实验，确定了风压
的大小是2 7 3k g/ m2，此后相当长时间内，人们把风对结构
的作用仍只看成是由风压产成的静力作用
2020/5/31
19
由于风而受到损害，早在Tay桥被 风毁之前就多次发生。据记载， 在1818年至1940年间，至少有11 座悬索桥毁于暴风。
90年代为100亿元，去年（2005）已经发展到750亿元
2020/5/31
18
大跨度桥梁抗风研究发展简述
地震影响的主要是中小桥梁，而风荷载则是大跨度桥梁设 计的首要考虑因素
1759年Smeaton等就提出构造物设计时要考虑风压问题， 开始有了风荷载的概念，但当时对风压的认识是不够的
1879年，英国的Tay桥受到暴风雨的袭击，85跨桁架中的 13跨连同正行驶于其上的列车一起堕入河中的特大事故
龙卷核心中的旋转与气旋中 的不同，它的强度足以使龙卷一 直伸展到地面。当发展的涡旋到 达地面高度时，地面气压急剧下 降，地面风速急剧上升，形成龙 卷。
2020/5/31
16
局部风——龙卷风的等级
F 等级 F0
伴生的破坏
VF 33m / s ，轻度破坏
路径长度 L （km）
1.6
路径宽度 B （m）
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9
局部风——焚风
-0.50C 每100米 Dew Point -10C 每100米
2020/5/31
＋10C 每100米 特点：热、干燥
10
局部风——布拉风
-0.50C 每100米 Dew Powenku.baidu.comnt -10C 每100米
2020/5/31
风的分类：季风，飓风（台风、气旋），温带气旋，
局部风。
2020/5/31
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风的分级
气象学上将风的强弱 按 10min 时 距 的 平 均 风速的大小分成13个 等级。右表为常用的 蒲氏风级表（由英国 人F.Beaufort于1805 年拟定）。
2020/5/31
4
季风
季节性的风 冬季形成大陆高压 夏季形成大陆低压 亚洲受季风影响非常强烈
2020/5/31
5
台风
强烈的热带气旋，在北半球热带气旋中的气流绕中心呈逆 时针方向旋转，愈靠近热带气旋中心，气压愈低，风力愈 大，其中心却是一片风平浪静的晴空区，即台风眼。
当热带气旋中心附近最大风力小于8级时称为热带低压，8 和9级风力的称为热带风暴，10和11级风力的为强热带风 暴，只有中心附近最大风力达到12级的热带气旋才称为台 风。
第六讲 桥梁抗风基础
福州大学土木工程学院
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1
主要内容
风害VS震害 桥梁史话及历史桥梁风毁 风工程基本术语 近地风特性 风对结构的作用
2020/5/31
2
什么是风？
风是一种自然现象：是由于太阳对地球大气的加热
不均匀而引起的。由于地球表面的地形起伏和各种障碍物 的影响，使靠近地面风的流动发生紊乱，造成风在速度、 方向及其空间分布上都是非定常的（即随时间变化的）和 随机的。
形成于高温、高湿和其它气象条件适宜的热带洋面。据统 计，除南大西洋外，全球的热带海洋上都有热带气旋生成。
2020/5/31
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台风
2020/5/31
7
温带气旋
由大尺度气流受山脉阻挡或沿锋面两侧的 气团之间的相互作用而产生
发生于中纬度地区 移动速度一般夏季约为20km/h，冬季约为
50km/h。 伴随有强雷暴和龙卷风
2020/5/31
13
局部风——龙卷风
2020/5/31
14
局部风——龙卷风
龙卷风产生过程：
随着中尺度气旋向地面发展和向上伸展，它本身变细并增强。同 时，一个小面积的增强辅合，即初生的龙卷在气旋内部形成，产生气 旋的同样过程，形成龙卷核心。
2020/5/31
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局部风——龙卷风
龙卷风产生过程：
2020/5/31
8
局部风
焚风：空气越过山顶后被迫下沉，绝热压缩使空气温度升 高形成，典型见美国洛矶山脉
布拉风：寒冷区域无法形成焚风，势能转化为动能，形成 强烈阵风，典型见亚得里亚海东北岸
急流效应风：因地形分布导致流线辐合，风速增强，典型 见法国南部罗纳谷地
雷暴：暖湿气流上升过程中大规模降雨，使冷气流下沉， 在地面以壁急流形式形成扩散而成
2020/5/31
21
塔科马桥毁的讨论
该桥在设计时吸取了Tay桥事故的经验，其抗风压的设计对于60m/s 的风速都是安全的。然而对风致振动却几乎未加考虑。根据当时的技术 条件，采用了钢板梁，并且选用了从空气动力学角度来看属于不稳定的 H型断面。因此，1940年刚刚建成通车后，每通稍强的风就显示出有风 振的趋势，但在头4个月内，这些振动仅是竖向的，而且在振幅达到大约 1.5m后振动就衰减下来。运营几个月之后，随着跨中防止加劲梁和主索 间相互位移的几根稳定索的断裂，振型突然改变，主桥在跨中作反对称 扭曲运动，在跨度l／4点出现从至的倾斜。发生了扭曲振动约l小时之后， 随着吊杆在索套处的疲劳断裂，约300m长的加劲梁坠入水中。
从目击者所描述的风毁景像中可 以明显感到事故的原因是风引起 的强烈振动。只是人们对这种风 致振动机理还不可能作出科学的 解释，对其危害性认识还不够。
1940年，美国西海岸华盛顿州建成了中央路径为853m，居当 时世界第三位的塔科马悬索桥（Tacoma Bridge），其设计风 速为60m/s。然而四个月后，却在19m/s的风速袭击下，产生 强烈扭曲振动而遭破坏。这次事故再次震惊了桥梁工程界， 经过广泛深入研究，提出了桥梁的风致振动问题。
破坏十分巨大
51 ~ 160 510 ~ 1600
2020/5/31
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风害VS震害
热带气旋灾害是最严重的自然灾害，因其发生频率远高于 地震灾害，故其累积损失也高于地震灾害
我国是世界上受热带气旋危害最甚的国家之一 1991年4月底在孟加拉国登陆的热带气旋曾经夺去了13.9
万人的生命 台风给我国造成的经济损失，上世纪80年代为数十亿元，
＋10C 每100米 在某些情况下， 空气下降时加热 不够，则形成布 拉风。 特点：冷、干燥
11
局部风——龙卷风
龙卷风产生过程：
大气的不稳定性产生强烈的上升气流，由于急流中的最大过境气流 的影响，它被进一步加强。
2020/5/31
12
局部风——龙卷风
龙卷风产生过程：
由于与在垂直方向上速度和方向均有切变的风相互作用，上升气 流在对流层的中部开始旋转，形成中尺度气旋。
16
F1
VF 33 ~ 49m / s ，中等破坏
1.6 ~ 5.0
10 ~ 50
F2
VF 50 ~ 69m / s ，相当大破坏 5.1 ~ 16.0 51 ~ 160
F3
VF 70 ~ 92m / s ，严重破坏 16.1 ~ 50.9 161~ 509
F4 F5~F12
VF 93 ~ 116 m / s ，毁灭性破坏
1887年重建Tay桥时，由Baker等经现场实验，确定了风压
的大小是2 7 3k g/ m2，此后相当长时间内，人们把风对结构
的作用仍只看成是由风压产成的静力作用
2020/5/31
19
由于风而受到损害，早在Tay桥被 风毁之前就多次发生。据记载， 在1818年至1940年间，至少有11 座悬索桥毁于暴风。
90年代为100亿元，去年（2005）已经发展到750亿元
2020/5/31
18
大跨度桥梁抗风研究发展简述
地震影响的主要是中小桥梁，而风荷载则是大跨度桥梁设 计的首要考虑因素
1759年Smeaton等就提出构造物设计时要考虑风压问题， 开始有了风荷载的概念，但当时对风压的认识是不够的
1879年，英国的Tay桥受到暴风雨的袭击，85跨桁架中的 13跨连同正行驶于其上的列车一起堕入河中的特大事故
龙卷核心中的旋转与气旋中 的不同，它的强度足以使龙卷一 直伸展到地面。当发展的涡旋到 达地面高度时，地面气压急剧下 降，地面风速急剧上升，形成龙 卷。
2020/5/31
16
局部风——龙卷风的等级
F 等级 F0
伴生的破坏
VF 33m / s ，轻度破坏
路径长度 L （km）
1.6
路径宽度 B （m）