风荷载对桥梁结构的作用效应
风荷载对桥梁结构影响分析
阻力 、 力 和升 力矩 的计算 式分 别 为 ： 升
阻
升
力
Ｄ： ｕ） ｏＡ （ ￣Ｃ ．
） ・ Ａ ） ＭＡ・ Ｃ Ｂ
（） １
（） ２ （） ３
力 ＝ （ 性 （ —
当气流 以恒 定不 变 的流速 和方 向绕 过假 定为 固 定 不动 的桥 梁时 ， 就形 成 了一个 定 常 的流场 。这样 ，
密切 关系 。因 为按照 准定 常 的空气 动力 学理 论 ， 当
（ 流 重新 与被 绕流 的物 体相 接触）流态 十分 复杂 。 气 ，
因此 ， 用势 流理 论 已不 能描述 空气 作用 在非 流线 体 上 的非定 常空 气力 ， 通过专 门设 计 的风 洞试验 测 应 定在 小振 幅条 件下 线性 的非 定常 空气 力 。
关键词 ： 梁结 构 ； 桥 风荷 载 ； 析方 法 分
中图分 类号 ： ４ ３ Ｕ ４
文 献标识 码 ： Ｂ
文章 编 号 ：０ ８ ４ ６ ２ ０ ）３ ０ ４ — ３ １０ － ８ Ｘ（０ ７０ — ０ ０ ０
０ 引 言
在进 行 桥梁 结 构 分 析计 算 时 ， 根 据使 用 时可 需 能 出现 的各种作 用 ， 合理 选择 所受作 用 的种 类 、 形式 和 大小 ， 以保证 结 构 在 寿命 期 限 内 的安 全 。 对 于大 跨径 桥梁 ， 的作用 对结 构 的强度 、 度和 稳定 性起 风 刚
升 力矩
空气对 桥梁 表面 的动 压力 的合 力— — 空气 的作 用 力 也 是定 常 的。 由于桥 梁结 构是一 个 水平 方 向的线 状 结 构 ， 场 可近似 地看 做是 二维 的 。此 时 ， 气作 用 流 空
桥梁结构上的作用和作用效应演示
桥梁结构上的作用和作用效应演示在桥梁结构中，各个部件承担着不同的作用和作用效应。
这些作用和作用效应相互作用，使得整座桥梁能够承载自身重量和外部荷载，保证桥梁的正常运行。
以下将讨论桥梁结构上主要的作用和作用效应。
1.承载作用：桥梁的最基本的功能就是承载行人、交通工具以及其他荷载的作用。
承载作用主要通过梁、墩、翼墙等部件来实现。
当行人或车辆通过桥梁时，其重量会通过桥梁的各个部件传递到地基上，同时梁体的自重也会对桥梁的承载能力产生影响。
因此，桥梁的各个部件需要具备足够的强度和刚度，以承受荷载的作用。
2.水平作用：在桥梁上承载行人和车辆的过程中，由于行人和车辆的力荷载的作用，桥梁结构会受到水平力的作用。
这种水平力主要通过梁和墩体来承载和传递。
为了保证桥梁的稳定性和安全性，桥梁结构需要具备足够的水平刚度，以抵抗水平力的作用。
3.纵向作用：桥梁结构上还会受到纵向作用的影响，主要包括温度变化引起的热膨胀和收缩作用、交通荷载的瞬时载荷、桥墩下沉引起的附加载荷等。
这些纵向作用会对桥梁结构的整体性能和力学行为产生影响，如引起桥梁的伸缩变形、振动和应力集中等。
因此，桥梁结构需要在设计和施工中考虑纵向作用的效应，采取相应的措施来减小不利影响，如设置伸缩缝、采用合适的材料和构造等。
4.风荷载：风荷载也是桥梁结构上常见的外部荷载作用。
当气流通过桥梁时，会对桥梁构件产生风压和风力的作用。
特别是在大跨度和高架桥梁中，由于横冲风的影响，风荷载会对桥梁的稳定性和安全性产生较大影响。
为了抵御风荷载，桥梁结构需要采取相应的措施，如增加构件截面尺寸、设置减风构造物、采用气动稳定性设计等。
除了上述作用和作用效应外，在桥梁结构的运行中还存在一些非正常的荷载作用，如地震、冰雪等自然灾害以及车辆事故等。
这些非正常荷载作用会对桥梁的安全性产生极大威胁，因此在桥梁的设计和施工中需要考虑这些外部荷载的影响，并进行相应的抗震、防火、防冰等措施。
总之，桥梁结构上的作用和作用效应是多种多样的，需要全面考虑各种荷载的作用效应、力学特性和结构性能，以确保桥梁的稳定性、安全性和寿命周期。
桥梁设计中的风荷载影响
桥梁设计中的风荷载影响在桥梁工程的设计中，风荷载是一个不可忽视的重要因素。
风，这个看似无形却力量强大的自然力量，对桥梁的稳定性、安全性以及使用性能都有着深远的影响。
桥梁作为跨越江河湖海、山谷等自然障碍的重要建筑物，往往暴露在广阔的空间中，容易受到风的作用。
风荷载的大小和方向会随着风速、风向、桥梁的形状、高度、跨度等多种因素而变化。
当强风吹过桥梁时，可能会产生一系列不利的效应。
首先，风荷载会对桥梁的结构产生直接的压力和吸力。
这种压力和吸力的分布不均匀，可能导致桥梁构件局部受力过大，从而引发结构的损坏。
比如，在桥梁的迎风面，风的压力较大；而在背风面，可能会产生较大的吸力。
如果桥梁的设计没有充分考虑这些因素，就有可能出现桥梁构件的变形、开裂甚至断裂。
其次，风的作用还可能引起桥梁的振动。
风致振动包括颤振、抖振和涡振等多种形式。
颤振是一种自激振动，一旦发生，可能会导致桥梁结构的迅速破坏，后果不堪设想。
抖振则是由风的脉动成分引起的随机振动，虽然不会像颤振那样造成灾难性的后果，但长期的抖振作用会使桥梁构件产生疲劳损伤，降低桥梁的使用寿命。
涡振是由于风流绕过桥梁结构时产生的漩涡脱落引起的周期性振动，如果涡振的频率与桥梁的固有频率接近，就会使振动加剧。
为了准确评估风荷载对桥梁的影响，工程师们需要进行大量的风洞试验和数值模拟。
风洞试验是将桥梁的缩尺模型置于风洞中，通过测量模型在不同风速和风向条件下的受力和振动情况，来预测实际桥梁在风作用下的性能。
数值模拟则是利用计算机软件对风与桥梁的相互作用进行模拟分析，能够快速地获取大量的数据，但需要准确的模型和参数输入。
在桥梁设计中，考虑风荷载的影响需要从多个方面入手。
一是合理的桥梁外形设计。
流线型的外形可以有效地减小风的阻力，降低风荷载的作用。
例如，斜拉桥和悬索桥的桥塔和主梁通常采用流线型的截面形状，以减少风的干扰。
二是加强桥梁的结构刚度。
增加桥梁的刚度可以提高其抵抗风致振动的能力。
桥梁设计中的风荷载计算
桥梁设计中的风荷载计算在桥梁设计中，风荷载是一个至关重要的考虑因素。
风的力量可能对桥梁结构产生显著影响，从轻微的振动到严重的破坏都有可能。
因此，准确计算风荷载对于确保桥梁的安全性、稳定性和耐久性具有不可忽视的意义。
风荷载的本质是空气流动对桥梁结构表面产生的压力和吸力。
这种力的大小和方向受到多种因素的综合影响。
首先，风速是一个关键因素。
风速越高，风荷载通常就越大。
但风速并非唯一决定因素，风的湍流特性也起着重要作用。
湍流会导致风的速度和方向在短时间内发生不规则变化，增加了风荷载的复杂性。
桥梁的几何形状和尺寸对风荷载的计算有着直接的影响。
例如，桥梁的跨度、横截面形状、高度等都会改变风在其表面的流动模式。
较宽的桥梁可能会受到更大的风阻力，而高耸的桥梁结构则更容易受到风的弯矩作用。
在计算风荷载时，需要考虑不同的风况。
常见的风况包括平均风况和阵风。
平均风况用于评估长期作用下的风荷载，而阵风则用于考虑短期的强烈风作用。
此外，风向也是一个重要的变量。
不同的风向会导致风在桥梁结构上的作用位置和方式发生变化。
风洞试验是确定桥梁风荷载的一种重要方法。
通过在风洞中模拟实际的风环境，并将桥梁模型放置其中，可以测量风对模型的作用力。
这种试验能够提供非常精确的数据，但成本较高，且试验过程较为复杂。
数值模拟方法在近年来也得到了广泛应用。
利用计算机软件，基于流体力学原理对风在桥梁周围的流动进行模拟，可以预测风荷载。
这种方法相对成本较低，且可以快速进行多种工况的分析，但需要对模型和边界条件进行合理设置，以保证计算结果的准确性。
在实际的风荷载计算中，通常采用规范中给出的公式和系数。
这些规范是基于大量的研究和实践经验总结出来的。
例如，我国的《公路桥梁抗风设计规范》就提供了详细的计算方法和参数取值。
对于简单形状的桥梁结构，计算风荷载可能相对较为直接。
但对于复杂的桥梁，如斜拉桥、悬索桥或具有特殊外形的桥梁，需要采用更精细的计算方法和模型。
浅谈风荷载对桥梁结构的影响
浅谈风荷载对桥梁结构的影响121210104 罗余双摘要：风荷载是桥梁结构设计需要考虑的重要内容之一。
本文先分析了风荷载的静力作用和动力作用对桥梁结构的影响，然后考虑桥梁结构进行抗风设计的主要影响因素，并给出了桥梁结构抗风设计的主要流程。
关键词：桥梁、风荷载、抗风设计The Impact of Wind Load on the Bridge Structure121210104 Luo YushuangAbstract:Wind load is one of the important contents of the bridge structure design needs toconsider.At first,this paper analyzes the static effect and dynamic wind load effect on the influence of the bridge structure, and then it considers main influencing factors of wind resistance design of bridge structure, giving the bridge structure wind resistance design of the main process.Key words:Bridge、Wind load、Wind-resistance design一、风荷载对桥梁结构影响研究的必要性桥梁的风毁事故最早可以追溯到1818年，苏格兰的Dryburgh Abbey桥首先因风的作用而遭到毁坏。
之后，英国的Tay桥因未考虑风的静力作用垮掉，造成75人死亡的惨剧。
但直到1940年，美国华盛顿新建成的Tacoma Narrows悬索桥，在不到20 m/s 的风速作用下发生了强烈的振动并导致破坏（见图1），才使工程界注意到桥梁风致振动的重要性。
公路桥梁抗风设计一般规定(源于公路桥梁抗风设计规范)
公路桥梁抗风设计一般规定
（来源于：公路桥梁抗风设计规范JTG/T 3360-01）
桥梁的抗风设计应考虑风的静力作用与动力作用，并根据不同的抗风性能要求按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计和检验。
风对桥梁结构的作用效应一般分为静力效应、静风效应和动力效应。
①静力效应主要表现为结构产生的变形与内力以及静力失稳；
②静风效应主要表现为风引起的结构静风失稳，如静风扭转发散和静风横向失稳；
③动力效应包含抖振和涡激共振等有限振幅振动、以及颤振和驰振等气动失稳现象。
以下给出了风对桥梁结构作用的效应分类
公路桥梁抗风设计时应根据桥址风环境、桥型、跨径、结构体系、结构或构件外形等因素对桥梁风致振动的可能性进行评估。
(1)当判定结构或构件在风作用下存在疲劳问题时，应进行抗疲劳设计
(2)当判定桥面高度处风对行车安全及舒适性存在影响时，应按规定进行相应的风致行车安全评估及设计
(3)将桥梁所在地区根据基本风速的大小划分为三类风险区域，分别对应为RI、R2和R3，三类等级所对应的风速范围的概率水平相接近，并考虑到气象意义上风力等级已被广泛接受，因此将三类等级与风力水平相衔接，其中R1为十二级或超过十二级大风，R2介于十级风与十一级大风之间，R3为不大于九级风。
桥梁与建筑物的风荷载分析
桥梁与建筑物的风荷载分析桥梁和建筑物是现代社会不可或缺的基础设施，在设计和建造过程中，风荷载是一个非常重要的考虑因素。
本文将对桥梁和建筑物的风荷载分析进行探讨，旨在加深对这一问题的理解，并为工程师和设计师提供一些指导。
一、风荷载的基本概念风荷载是指风对于建筑物或其他结构物所施加的力，它是由气流对结构的碰撞产生的。
风荷载的大小取决于多种因素，包括风速、风向、结构物的形状、高度、表面特性等，可通过风洞试验和数值模拟等手段进行分析和计算。
二、桥梁风荷载分析1. 桥梁风荷载的特点桥梁作为连接两个地点的工程结构，其设计需要考虑到风荷载对其产生的影响。
桥梁风荷载具有以下特点：（1）桥梁横截面较小，风力的作用范围较宽，对风的响应较为敏感；（2）桥梁结构复杂，存在大量的悬臂部分，容易在强风作用下出现振动和共振；（3）桥梁常处于高处，风速较地面要高，风荷载较大。
2. 桥梁风荷载的计算方法桥梁风荷载的计算方法主要分为两种：一种是基于经验公式的计算方法，根据桥梁类型、平均风速等参数进行估算；另一种是基于风洞试验和数值模拟的方法，通过实际测量和模拟计算得出较为准确的结果。
3. 风振问题的研究与防治在桥梁风荷载分析过程中，风振问题是一个需要关注的重要方面。
桥梁的振动主要分为自激振动和强制振动两种类型。
在设计过程中，需要进行桥梁的抗风设计，采取相应的措施来降低风振效应，如增设风挡板、加强桥墩的刚性等。
此外，风振问题的研究还需要考虑到各种风荷载影响因素，以便更准确地预测和控制风振效应。
三、建筑物风荷载分析1. 建筑物风荷载的特点建筑物的风荷载分析与桥梁类似，但也存在一些差异。
建筑物风荷载的特点包括：（1）建筑物形状多样，风流场复杂，对风的响应较为复杂；（2）建筑物在地面上，风速较低，风荷载相对较小；（3）建筑物高度不一，顶部和侧面的风荷载不同。
2. 建筑物风荷载的计算方法建筑物风荷载的计算方法也可采用经验公式、风洞试验和数值模拟等多种手段。
在风荷载作用的结构探究
在风荷载作用的结构探究1、引言风灾是自然灾害中影响较大的一种，它每年都给人类生命和财产带来巨大的损失。
据估计，全球每年由于风引起的损失高达100亿美元。
在结构设计特别是在高耸结构、大跨度桥梁、屋盖结构中，风荷载是一个极其重要的设计荷载。
而对于高耸、高层结构和玻璃幕墙结构来说，风荷载引起的响应在总荷载中占有相当大的比重，甚至起着决定性的作用，合理的抗风设计对保障这些建筑结构的功能有重要的意义。
在风力作用下，屋面常受到很大的吸力，如果自重等荷载的作用不足以抵抗吸力的作用，屋面将会被掀起而破坏。
风荷载作为屋盖结构的主要外来荷载，是引起破坏的主要原因。
2、风荷载的基本概念在工程设计中，风力常用风压来表示。
根据测得的风速可以求出风压，风速是随高度、周围地貌的变化而变化的。
在设计中所用的风压是基本风压。
基本风压是按规定的地貌和高度所测风速经统计换算确定的。
离地面越近，地面对风的摩阻也越大，风速便会减小。
我国现行《建筑结构荷载规范》规定的基本风压是以10米高为标准高度。
风速与地表的粗糙度有关，粗糙度越大，风能消耗也越大，平均风速便减小，我国将地表粗糙度分为A、B、C三种。
风载具有很大的随机性，因而对最大风速的测试结果各年都不一样，但在结构设计中必须保证结构的安全性，也就是所用的风荷载必须具有很大的代表性和预防性。
我国目前所用的最大风速的重现期对一般结构是30年一遇；对高层建筑是50年一遇；对特别重要的结构是100年一遇。
屋盖结构是房屋中的重要部分，它起着围护及承重作用。
在风力的作用下，屋盖受到很大的风荷载，如果结构的自承重等荷载不足以抵抗吸力的作用，屋盖则有可能被掀起而破坏。
因此在屋盖设计中，风荷载是一个比较重要的设计荷载。
在实际情况下，风的方向是任意的。
对一个具体结构来说，在风荷载的作用下，既有水平分力，又有竖向分力。
对大多数结构，水平风力起主导作用。
对屋盖结构而言，当风力沿水平方向时，其风荷载通常是垂直于屋面的，沿竖向方向的分力很大。
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ARCHITECTURE
建
筑
Vol． 39 No． 4 Feb． 2013
· 173·
风荷载对桥梁结构的作用效应研究
马
摘
骎
1
唐洪亮
1
王少钦
2
（ 1． 中交公路规划设计院有限公司， 北京 100088 ；
［2 ］ 坏（ 见图 1） ， 震惊了桥梁工程界， 成为现代桥梁抗风研究的起点 。
图 1 风毁的 Tacoma Narrows 悬索桥
1
风荷载的特性
图 2 为某一风速实测记录， 从图 2 中可以看出， 风速由两部 分组成： 第一部分的周期大小一般在 10 min 以上， 为长周期部分 （ 见图 2b） ） ； 另一部分为短周期部分， 是在图 2b） 基础上的波动， 预应力混凝土桥梁设计规范第 8． 2． 1 条， 考虑了桩土相互作用， 群桩基础的等效刚度， 对桩基尺寸进行刚度等效模拟， 桩基具体 尺寸详见表 3 。
顺桥向长度 / m 2． 21
7
结语
本桥要跨越 80 m 深的峡谷， 充分考虑了施工的可行性， 采用
对称悬浇施工。其结构满足安全、 经济、 适用等要求， 设计要点总 5］ 曾国熙． 地基处理技术［M］ ． 北京： 中国建筑工业出版社， 1 ） 、 进行方案比选， ［ 结如下： 根据设计要求及当地地形 地质情况， 2001． 确定最合理的桥型方案 。2 ） 上部结构尺寸先根据常规取值范围 再根据受力特点简化受力模型进行计算， 通过试 拟定结构尺寸， 算进一步优化结构尺寸 。3 ） 下部结构由于墩矮刚度较大， 为了减 ［ 6］ JTG D622004 ， 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计 S］ ． 规范［
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅
下部群桩基础刚度等效模拟结果
δ（ 水平） / m 0． 00E + 00 3． 31E － 07 2． 00E － 08 δ（ 竖向） / m 2． 90E － 08 0． 00E + 00 0． 00E + 00 桩间距 / m 4． 21 θ（ 转角） / rad 0． 00E + 00 2． 00E － 08 6． 00E － 09 桩长 / m 6． 67
2． 北京建筑工程学院理学院， 北京 100044 ）
要： 对风荷载的特性进行了介绍， 着重分析了其对桥梁结构的静力及动力作用效应， 介绍了进行风荷载模拟所采用的方法， 并
分别计算了静风荷载及脉动风荷载对桥梁结构的影响， 充分验证了风荷载对桥梁结构的动力作用不容忽视 。 关键词： 风荷载， 桥梁， 振动 中图分类号： U442． 5 众所周知， 大跨度桥梁是一种在风荷载作用下容易产生变形 和振动的柔性结构， 且这些桥梁一般会修建在江河 、 海峡等风速 因此合理地进行大跨度桥梁的抗风设计， 是桥梁结 较大的区域， 构设计时除了强度、 刚度、 稳定性计算外的另外一项必不可少的 重要内容
On design and study of T steel structure
GUO Xiangming1 LI Yusheng2 2 ． The Fourth Engineering Co． ， （ 1 ． Beijing Jianda Road and Bridge Consultant Co． ，Ltd，Beijing 100015 ，China； Ltd of China Communications Construction Corporation Second Highway Engineering Co． ，Ltd，Luoyang 471013 ，China） Abstract： Taking Longwanggou Birdge as the research subject，the paper undertakes the plane frame calculation and spatial analysis by combining with the structural stressed features of the bridge，and illustrates the design points from the factual engineering aspect，so as to have certain reference value for the bridge． Key words： T steel structure，design point，spatial analysis，plane frame system
表3
单位力 F = 1 kN H = 1 kN M = 1 kN·m 横桥向长度 / m 1． 74
当气流绕过非流线型截面的桥梁结构时， 会产生流动和涡旋 形成复杂的空气作用力。当桥梁结构的刚度较大时， 结构 的分离， 会保持静止不动， 这种空气力作用只相当于静力作用， 而当桥梁 结构的刚度较小时， 结构的振动会得到激发， 这时的空气作用力不 小桥墩的刚度， 桥墩采用双肢薄壁墩。桩基模拟应考虑桩土相互 作用， 对群桩基础进行刚度等效模拟 。 参考文献： ［ 1］ 徐君兰， J］ ．公 顾安邦． 连续刚构桥主墩刚度合理性的探讨［ 2005 （ 2 ） ： 9192． 路交通科技， ［ 2］ 马保林． 高墩大跨连续刚构桥［ M］ ． 北京： 人民交通出版社， 2001． ［ 3］ 王伟华， 杨永平， 王海蛟． 悬浇变截面预应力混凝土连续刚 ． 黑龙江交通科技， 2005 （ 2 ） ： 100构桥设计的几点体会［J］ 101． ［ 4］ 刘明虎． 改善矮主墩连续刚构结构受力的措施及可行性探 J］ ． 公路交通科技， 2004 （ 1 ） ： 5658． 讨［
［1 ］
文献标识码： A 其周期往往只有几秒至几十秒 。由实测数据可知， 第一部分的长 周期远离一般结构物的自振周期， 其作用属于静力性质； 第二部 ［13 ］ 。 因此其作用属于动力的 分则与结构物的自振周期比动有可能导致交通中断， 还 会导致桥梁的部分构件过早产生疲劳破坏， 严重者还可能造成桥 美国华盛顿州新建成的 Tacoma Narrows 毁人亡的惨剧。1940 年， 悬索桥， 在不到 20 m / s 的风速作用下发生了强烈的振动并导致破