浅谈大跨度桥梁的颤振
大跨度桥梁的风致振动现象
其中CL和CD为升力系数和阻力系数，需要通 过静力三分力风洞试验获得。
涡振
限幅振动 影响使用
常遇风速 需要控制
Stronhal数及“锁定”现象
St
fd U
发生涡激共振的结构 的对旋涡的脱落会产
生一种反馈作用，使
旋涡脱落频率在一定
的风速范围内被“俘
获”或“控制”（保
全桥气弹 模型试验
研究大跨度桥梁运营态和典型施工态的 气动弹性行为，包括颤振临界风速，脉 动风作用下桥梁的抖振响应。
桥位处风 环境试验
通过在风洞中模拟实际桥位处的风环境， 获取桥位风场特性，为桥梁的抗风设计提 供必要的风场参数。
风洞介绍（直流风洞）
进气口
第一试验段
三元收缩段
第二试验段 动力段
第一稳定段
XNJD-1风洞建于1989年，为双试验段的回流风洞。 XNJD-2风洞建于2002年，为斜拉索风雨振专用风洞。 XNJD-3风洞建于2008年，为世界第一大的边界层风洞。
表示脉动风速与抖振力之间的转换函数，称 为气动导纳函数，用来修正桥梁断面周围紊流的 非定常性和不完全相关性。对于不同的桥梁断面， 气动导纳是不同的，需要通过风洞试验测定。
斜拉索风雨振
一定的风速 一定的雨量 一定的拉索
损坏拉索 必须避免
风雨振的减振措施
常规的桥梁风洞试验
主梁节段 测量桥梁断面气动力参数，测量主梁的 模型试验 风致振动，主梁断面的气动选型。
桥梁的自激气动力
运动产生 折算风速 颤振导数
颤振
发散振动 灾难性的
必须避免
桥梁颤振风速的计算公式
Von der Put 公式
大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性分析
大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性分析一、本文概述随着交通工程技术的不断发展和创新，大跨度斜拉桥作为现代桥梁工程的重要代表，其在桥梁建设领域的应用越来越广泛。
然而，随着桥梁跨度的增大，其结构特性和动力学行为也变得越来越复杂，尤其是在强风作用下的颤抖振响应和静风稳定性问题，已经成为桥梁工程领域研究的热点和难点。
本文旨在针对大跨度斜拉桥的颤抖振响应及静风稳定性进行深入的分析和研究，以期为提高大跨度斜拉桥的设计水平和安全性提供理论支持和实践指导。
本文首先将对大跨度斜拉桥的结构特点和动力学特性进行概述，阐述其在强风作用下的颤抖振响应机制和静风稳定性的基本概念。
接着，本文将详细介绍大跨度斜拉桥颤抖振响应的分析方法，包括颤振机理、颤振分析方法以及颤振控制措施等。
本文还将探讨大跨度斜拉桥的静风稳定性分析方法，包括静风稳定性评估方法、静风稳定性影响因素以及静风稳定性控制措施等。
本文将结合具体工程案例，对大跨度斜拉桥的颤抖振响应及静风稳定性进行实例分析，以验证本文所提分析方法的有效性和实用性。
本文的研究成果将为大跨度斜拉桥的设计、施工和运营提供有益的参考和借鉴，对于提高我国桥梁工程的设计水平和安全性具有重要的理论意义和实践价值。
二、大跨度斜拉桥颤抖振响应分析大跨度斜拉桥作为现代桥梁工程的重要形式，其结构特性和动力行为是桥梁工程领域研究的重点。
颤抖振，作为一种常见的桥梁振动形式，对桥梁的安全性和使用寿命有着重要影响。
因此，对大跨度斜拉桥的颤抖振响应进行深入分析，对于优化桥梁设计、确保桥梁安全具有重要的理论价值和实际意义。
在颤抖振分析中，首先要考虑的是桥梁结构的动力学特性。
大跨度斜拉桥由于其特殊的结构形式，其动力学特性相较于传统桥梁更为复杂。
在风的作用下，桥梁的振动会受到多种因素的影响，包括桥梁自身的结构参数、风的特性以及桥梁与风的相互作用等。
因此，在进行颤抖振分析时，需要综合考虑这些因素，建立准确的动力学模型。
要关注颤抖振的响应特性。
大跨度桥梁PK箱梁断面颤振性能研究
大跨度桥梁PK箱梁断面颤振性能研究方根深;杨泳昕;葛耀君【摘要】以某主跨820 m PK箱梁斜拉桥为背景,借助节段模型风洞试验并结合二维三自由度颤振分析理论方法(2D-3DOF method),进行了大跨度桥梁PK箱梁断面成桥状态颤振性能研究,提出了“软颤振”临界风速扭转响应根方差、峰值因子和阻尼比综合判定标准,并对三种尺寸抑流板颤振控制效果与驱动机理进行探索.研究表明,PK箱梁断面成桥状态具有明显的“软颤振”特点,而且风攻角效应明显,特别是0°和+3°颤振临界风速差异显著,主要是由于0°攻角表现为“弯扭耦合颤振”,+3°攻角为“单自由度扭转颤振”,两者气动阻尼变化规律差异明显而表现出不同的颤振特点;抑流板能有效提高PK箱梁断面+3°攻角的颤振临界风速,其增加了颤振耦合程度,虽然会激起更多的不利耦合气动阻尼,但是扭转运动自身产生的气动阻尼对系统的稳定作用也增强,气动阻尼之间的竞争将决定系统最终的发散.%Flutter performance of PK section girders for long-span bridges in the finished bridge state was investigated based on a cable-stayed bridge with the main span of 820 meters by means of sectional models' wind tunnel tests and the 2D-3DOF method.A comprehensive criterion with root mean square (RMS) deviation,peak factor and damping ratio of torsional responses of girders under critical wind speed to determine the critical point of "soft flutter" was proposed.The flutter control effect and flutter drive mechanism for 3 sizes of airflow-suppressing lamina were explored.The study showed that PK section girders in the finished bridge state have obvious "soft flutter" characteristics,the effects of wind attack angle are also obvious,especially,the flutter critical wind speeds under thewind attack angle of 0° and 3° have a remarkable difference,girders reveal bending-torsion coupled flutter under the wind attack angle of 0,while they reveal single-DOF torsion flutter under the wind attack angle of 3 due to their obviously different aerodynamic damping variation laws;airflow-suppressing lamina can effectively improve the flutter critical wind speed of PK section girders under the wind attack angle of 3 ° t o increase flutter coupling level;although more aerodynamic damping going against coupling are excited with airflow-suppressing laminas installed,the aerodynamic damping generated by torsional motion can enhance the system's stability;the competition among different types of aerodynamic damping determines if the system diverges.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2018(037)009【总页数】8页(P25-31,60)【关键词】PK箱梁断面;软颤振;抑流板;气动阻尼;颤振形态【作者】方根深;杨泳昕;葛耀君【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092【正文语种】中文【中图分类】U442.54;U448.5为了适应跨江跨海等工程需求，现代桥梁结构在设计理论、施工技术逐渐成熟的保证下，向跨度更大、体系更柔的方向发展，同时钢材的广泛使用，又使结构自重减轻、阻尼降低。
大跨度桥梁颤振研究现状
大跨度桥梁颤振研究现状大跨度桥梁是现代工程中的一个非常重要的组成部分，随着经济的发展和技术水平的提高，大跨度桥梁的设计和建造也变得越来越先进和复杂。
然而，大跨度桥梁在使用过程中产生的颤振问题却一直存在着，一旦颤振的强度达到一定程度，可能会对桥梁的使用安全产生威胁。
因此，大跨度桥梁颤振研究成为了一个十分重要的课题，本文将对大跨度桥梁颤振研究现状进行探讨。
首先，我们需要了解一下大跨度桥梁颤振的概念。
所谓颤振，就是指在一定的外力作用下，受到激励的结构体系产生特定频率的振荡现象。
在实际工程中，由于各种因素的影响，颤振现象是不可避免的。
对于大跨度桥梁来说，其结构复杂，自然频率较低，且工作状态变化较为复杂，因此颤振的风险也相应增加。
目前，大跨度桥梁颤振研究主要分为三个方向：数值模拟研究、实验研究和风洞模拟研究。
其中，数值模拟研究是利用计算机模拟程序，对大跨度桥梁的动力学特性、结构响应等进行计算和分析。
实验研究则是采用实际的试验方法，对大跨度桥梁进行振动、变形等方面的测试。
而风洞模拟研究则是将桥梁模型放置在风洞中，模拟风场作用下的桥梁响应情况。
在数值模拟方面，目前主要采用有限元法进行计算。
有限元法是一种常用的结构分析方法，它基于有限元理论，将复杂的结构体系离散化成多个小单元，通过计算每个小小元的应变、应力和变形等信息，从而得出整个结构体系的静力特性和动力特性。
通过有限元分析，可以获得大跨度桥梁在各种工况下的结构响应和动态特性，并预测可能出现的颤振情况。
然而，由于大跨度桥梁的结构复杂、自然频率低，所需的计算资源较大，因此有限元模拟的精度和效率也存在着一定的限制。
在实验研究方面，主要是采用振动试验和风洞试验两种方法。
振动试验通常采用激振器作为激励源，通过控制激振器的频率和振幅，对桥梁进行模拟脉冲激励，进而观测桥梁的振动情况。
而风洞试验则是将小型桥梁模型放置在风洞中，利用风洞模拟不同速度、风向等条件下的风场作用，观测桥梁的响应情况。
大跨度桥梁非线性颤振和抖振时程分析
大跨度桥梁非线性颤振和抖振时程分析在现代交通建设中，大跨度桥梁扮演着至关重要的角色。
它们跨越江河湖海、峡谷深壑，为人们的出行和货物运输提供了便捷通道。
然而，在大跨度桥梁的设计和运营过程中，非线性颤振和抖振是两个不容忽视的问题。
要理解大跨度桥梁的非线性颤振和抖振，首先得明白什么是颤振和抖振。
简单来说，颤振是一种自激振动，当气流流过桥梁结构时，可能会引起结构的振动，而这种振动又会反过来影响气流，从而形成一种恶性循环，导致结构的振幅不断增大，最终可能导致结构的破坏。
抖振则是由大气中的紊流引起的一种强迫振动，虽然不像颤振那样具有自激性质，但长时间的抖振也会对桥梁结构造成疲劳损伤，影响其使用寿命和安全性。
大跨度桥梁之所以容易出现非线性颤振和抖振，主要是因为其自身的特点。
大跨度意味着桥梁的结构更加复杂，柔性更大，对风的敏感性也就更强。
而且，随着桥梁跨度的不断增加，结构的非线性特性也变得更加显著。
在对大跨度桥梁的非线性颤振和抖振进行分析时，时程分析是一种非常重要的方法。
时程分析就是通过数值模拟的手段，对桥梁在风荷载作用下的振动响应进行逐时刻的计算和分析。
这种方法能够考虑到结构的非线性特性、风荷载的随机性以及各种复杂的边界条件，从而得到更加准确和可靠的结果。
为了进行时程分析，首先需要建立桥梁的有限元模型。
这个模型要尽可能准确地反映桥梁的实际结构和力学特性，包括桥梁的几何形状、材料属性、边界条件等等。
然后，需要确定风荷载的输入。
风荷载通常包括平均风荷载和脉动风荷载两部分。
平均风荷载可以根据规范中的公式计算得到，而脉动风荷载则需要通过风洞试验或者数值模拟来获取。
在进行时程分析时，还需要选择合适的数值计算方法。
常见的方法有中心差分法、Newmark 法等等。
这些方法各有优缺点，需要根据具体情况进行选择。
同时，为了提高计算效率和精度，还需要采用一些数值技巧，比如自适应时间步长、子结构法等等。
通过时程分析，可以得到桥梁在风荷载作用下的位移、速度、加速度等响应。
大跨度桥梁的颤振研究综述(小学期作业)(精)
影响桥梁颤振主要有气动方面和结构方面两个方面的因素。气动方面主要是结构断面的气动外形，结构方面则主要是结构的质量、刚度、阻尼等。桥梁颤振是由以上二者的共同作用而导致的，故而要避免桥梁发生颤振现象，就必须研究二者影响颤振的机理和并且通过合理设计提高桥梁的颤振临界风速。
发生颤振的必要条件是：结构上的瞬时气动力与弹性位移之间有位相差，因而使振动的结构有可能从气流中吸取能量而扩大振幅。在气流速度较低的情况下，结构所吸取的能量会被阻尼消耗而不发生颤振，只有在速度超过某一值时，才会发生颤振。若吸取的能量正好等于消耗的能量，则结构维持等幅振动，与此状态对应的速度称为颤振临界速度v（简称颤振速度）。当气流速度跨越颤振速度时，振动开始发散。因此，桥梁设计中必须使桥梁颤振临界风速大于设计基准风速，还要有一定的安全储备，从而避免在使用过程中出现颤振现象。
带宽，将其应用于桥梁抖振控制具有更好的可靠性与稳定性。
目前，尽管人们已经发展了许多桥梁颤振方面的理论，但是桥梁颤振方面依然具有许多挑战。攻克这些挑战，需要众多学者的共同努力。
大跨度桥梁非线性颤振和抖振时程分析
大跨度桥梁非线性颤振和抖振时程分析在现代交通基础设施的建设中，大跨度桥梁因其跨越能力强、造型美观等优点而备受青睐。
然而，随着桥梁跨度的不断增大，风致振动问题日益突出，其中非线性颤振和抖振成为了桥梁设计和运营中必须要考虑的关键因素。
非线性颤振是一种自激振动现象，当风速超过一定临界值时，桥梁结构的振动会不断加剧，甚至导致结构的破坏。
与线性颤振不同，非线性颤振涉及到结构的几何非线性、材料非线性以及气动力非线性等多种复杂因素。
在大跨度桥梁中，由于结构的柔性较大，非线性效应更加显著，因此准确分析非线性颤振对于保障桥梁的安全性至关重要。
抖振则是一种由风的脉动成分引起的强迫振动。
即使在风速低于颤振临界风速时，抖振也会发生。
抖振虽然不会像颤振那样导致结构的迅速破坏，但长期的抖振作用会引起结构的疲劳损伤，降低桥梁的使用寿命。
对于大跨度桥梁来说，由于其对风的敏感性较高，抖振响应往往比较显著，因此也需要进行精确的分析和评估。
在进行大跨度桥梁非线性颤振和抖振时程分析时，首先需要建立准确的数学模型。
桥梁结构通常可以采用有限元方法进行建模，将其离散为一系列的单元和节点。
在模型中，需要考虑结构的几何形状、材料特性、边界条件等因素。
对于风荷载的模拟，通常采用风洞试验或数值模拟的方法获取风场数据，并将其转化为作用在桥梁结构上的气动力。
在非线性颤振分析中，常用的方法包括直接数值模拟、半解析法和基于风洞试验的等效风荷载法等。
直接数值模拟是通过求解流体动力学方程和结构动力学方程的耦合方程来获得桥梁的颤振响应。
这种方法虽然精度较高，但计算量巨大，通常只适用于简单结构和小规模问题。
半解析法是将结构的运动方程在模态空间中进行展开，然后结合气动力的表达式求解颤振临界风速和颤振形态。
基于风洞试验的等效风荷载法是通过风洞试验测量桥梁在不同风速下的气动力，然后将其等效为静风荷载或等效风振荷载，再进行结构的动力分析。
这种方法简单实用，但精度相对较低，需要依赖大量的风洞试验数据。
大跨度桥梁常见震害及抗震设计方法浅析
大跨度桥梁常见震害及抗震设计方法浅析摘要：我国是一个地震多发国家，地震灾害给人们的财产安全带来了巨大的损失；为更好的对大跨度桥梁进行抗震设计，现对桥梁的一些常见震害进行了汇总和分析，阐述了桥梁抗震设计的原理和方法，利用Midas/civil 2015对某大跨径连续刚构桥进行有限元建模，并对模型进行地震反应谱分析和时程分析得到各控制截面的位移响应数据，通过对计算数据进行分析，对桥梁抗震设计的计算方法提出相关建议。
关键字：大跨度桥梁；震害；抗震；设计方法0 引言我国位于世界两大地震带之间，是一个地震多发的国家。
据不完全统计中国大陆平均每年发生5级以上地震20次。
随着经济的发展和现代化水平的提高，人们对现代交通的依赖越来越强。
大跨度桥梁是整个交通工程中的核心工程，其投资大对国民经济有着重大的影响，故对大跨径桥梁进行抗震设计分析是很有必要的。
本文着重对常见震害进行列举并对震害原因进行分析，同时对大跨度桥梁抗震设计原理进行分析，形成一套比较常规的设计思路并提出自己的建议。
1 桥梁震害桥梁按照破坏位置的不同，主要分为桥梁上部结构破坏，支座破坏和下部结构破坏。
桥梁上部结构震害主要分为桥梁上部结构的自身震害、位移震害和碰撞震害。
在地震过程中桥梁由于自身遭受地震作用而破坏的情况并不多见。
其中对整个结构影响比较大的是位移震害中的桥梁上部结构纵向位移和落梁震害。
落梁震害主要是由于桥梁上部结构的位移超过了墩（台）的支撑面尺寸所致。
撞击震害比较典型的有：相邻跨上部结构的碰撞，相邻桥梁间的碰撞，以及上部结构与桥台的碰撞。
撞击力会大大增加墩柱的剪力，严重时会导致墩柱的剪切破坏，从而引起桥梁倒塌。
桥梁支座历来被人们认为是整个桥梁结构中抗震性能最为薄弱的环节。
支座的破坏形式一般为：支座的脱落、锚固螺栓剪断、支座垫石破坏、支座本身构造破坏等。
造成桥梁支座震害的原因主要是在进行桥梁设计时没有充分考虑支座抗震的要求，支座连接和支挡构造措施设置不足，以及支座本身材料性能方面的缺陷。
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浅谈大跨度桥梁的颤振
1 研究背景
桥梁跨度大幅度增长带来的主要问题是结构刚度急剧下降，导致风致振动对桥梁的安全性、舒适性以及耐久性影响更加显著。
桥梁是处于大气边界层中的结构物，在自然风的作用下将产生振动响应，甚至造成结构毁坏、疲劳或过大变形及内力等问题。
1940年秋，美国华盛顿州建成才4个月的Tacoma Narrows悬索桥，在不到2Om/s的8级大风作用下发生强烈风致振动而破坏。
Tacoma桥风毁事故震惊了桥梁工程界，成为现代桥梁抗风研究的起点[1]。
风的动力作用激发了桥梁风致振动，而振动起来的桥梁又反过来影响空气的流动，改变空气作用力，形成风与结构的相互作用机制。
当空气力受结构振动的影响较小时，空气作用力作为一种强迫力，导致桥梁结构的有限振幅强迫振动，主要包括桥梁抖振和桥梁涡振；当空气力受结构振动的影响较大时，受振动结构反馈制约的空气作用力，主要表现为一种自激力，可能导致桥梁结构的发散性自激振动，主要包括桥梁颜振和涡激共振。
桥梁结构风荷载及其效应分类可以用图1来表示[2]。
2 古典藕合颤振理论
1935年Theodorson基于势流理论与平板机翼气动力，率先得到了薄平板上的非定常气动力的解析表达式。
1948年Bleich首次运用了这一公式来解决悬索桥析架加劲梁的颤振分析。
不久，他发现根据此公式得到颤振临界风速远高于塔克马桥实际破坏风速。
因此，他修正了Theodorson公式，采用了逐次逼近法建立了悬索桥颤振分析方法。
1967年Thiele和Klöppel提出一种变系数的图解法，并绘制了诺漠图。
1976年Vander Put在Klöppel和Thiele诺漠图方法的基础上忽略结构阻尼的影响，提出了平板祸合颤振临界风速的近似公式[3]。
3 分离流颜振理论
以Theodorsen平板颜振理论为基础Bleich悬索桥顾振分析方法忽视了流动的分离，正如Pugsley早先所预见的那样，如果将来能够用由试验方法确定的气动参数来代替Theodorsen解析表达式，可能会从根本上解决这个问题[4]。
尽管他的预言是完全正确的，但是20世纪60年代后期英国Seven桥和丹麦Lillebælt 桥的建设成功，使得流动分离观象不太严重的流线型扁平箱梁变得非常普及，因而以Theodorsen平板颜振理论为基础的Bleich悬索桥颜振分析方法还是具有一定的精度。
但是，当气流绕过振动着的非流线型截面时，迎风面的棱角处气流将发生分离，同时产生旋涡脱落，也可能发生再附，其流态十分复杂，从理论上讲，简单地采用Theodorsen表达式已经不能描述气流作用在非流线体上的非定常气动力。
4 三维颤振分析方法
Scanlan提出的非定常气动力计算模型较好地解决了非流线型截面的非定常气动力的描述问题。
其中二维颤振分析最为简单实用。
但是随着桥梁跨跨径的日益增大，结构刚度急剧下降，特别侧向刚度的下降，导致侧弯与扭转振型的紧密耦合。
此外，结构各阶自振频率的差异也越来越小，两个或两个以上的振型参与颤振的可能性逐渐增加，因此，为了提高颤振分析的精度，把二维理论推广到三维成了必然趋势。
国内外许多学者提出了各种颤振频域分析方法，大致可以分为以下两种类型。
第一类为模态叠加法，基于结构的固有模态坐标，把结构啊应看作是分散在各阶模态上的影响，然后将各阶模态所对应的啊应叠加起来。
第二类为直接计算法，将频域内的非定常气动力直接作用到结构有限元计算模型上进行计算。
模态叠加法是在结构动力特性的基础上，人为选择几阶对颤振贡献较大的模态进行多模态颤振分析，所以又称为多模态颤振分析方法。
Agar和Beith将系统
颤振运动方程转化为一种不对称实矩阵的特征值问题进行求解。
中国的谢雾明、项海帆较早注意到大跨度斜拉桥多模态藕合颤振的特点，并提出了多模态颤振分析的状态空间法，在该方法中首次采用了有限元方法。
陈政清提出了桥梁三维颤振分析的多模态参与单参数搜索M-S法的全域自动搜索方法。
Jones等人又提出了直接利用行列式搜索法求解广义特征值问题，丁泉顺提出了用于大跨度桥梁祸合颤振分析的多模态自动分析方法。
从理论上讲，任何结构动力学问题都可以采用频域方法或时域方法来进行求解。
然而频域方法只适合线性、满足叠加条件的、小变形的结构动力学问题。
而时域方法则可以充分考虑非线性，不满足叠加条件的。
随着桥梁的跨径增大，非线性因素对桥梁颤振影响越来越大。
为了考虑气动非线性因素，在时域内进行颤振分析更为行之有效。
Lin、Bucher等用随机稳定方法在时域中研究了紊流对桥梁结构颤振稳定性、抖振响应的影响。
Agar开始研究均匀流场中桥梁结构的颤振问题时，也尝试时域分析方法。
Scanlan将Wagner在航空中提出的经典阶跃函数的概念引入到桥梁中，得到了纯时域表达式[1]。
5 结束语
大跨度桥梁在非线性情况下的颤振分析，是目前桥梁风工程研究的热点之一。
本文介绍了一些分析颤振的研究方法，但是由于篇幅有限没有能一一例举。
应该说这些方法各有优缺点。
但是更重要的是要利用好这些方法，对所分析的桥梁进行用别的方法不能进行的，全过程参数分析，从而得到更具有普遍规律的结论。
因此要大量的实例计算和总结是很有必要的。
参考文献：
[1] 陈国芳大跨度桥梁颤抖振分析[D]. 大连理工大学，2011.
[2] 葛耀君大跨度悬索桥抗风[M].北京：人民交通出版社.2011.
[3] 项海帆现代桥梁抗风理论与实践[M]. 北京：人民交通出版社，2005.
[4] Y. C. Fung . An Introduction to the Theory of Aeroelasticity[M]. John Wiley&Sons，1955.Dover，1969.。