高空悬索桥风振效应分析与控制
桥梁风振及其制振措施(PPT,17页)
主梁涡激振动 拉索风雨激振 桥塔涡激振动 主梁随机抖振
驰振 颤振
风振控制措施
颤振控制
驰振控制:
驰振和涡振控制
涡振控制: 提高结构阻尼比
施工时附加TMD、TLD或TLCD阻 尼器
风雨振控制
斜拉索表面制造成凹痕或螺旋线，可以减轻斜拉索风 雨振的程度。
加辅助索，预防拉索风雨振
机械减振措施
加阻尼器（如TMD，磁流变阻尼器）
TACOMA NARROWS BRIDGE
日本东京湾通道桥的涡激共振
主桥为10跨一联的钢箱梁连 续梁桥，最大跨度240m，宽 22.9m, 梁高6-11.5m。
在16-17m/s的风速作用下， 发生竖向涡激振动，跨中振幅 达50cD），涡激振动振幅只有 5 cm。
•驰振：细长结构因气流自激作用发生的纯弯曲大幅振动。如结 冰电线振动，塔柱、吊杆、拉索容易产生驰振形象。
•抖振：气流力受结构振动影响较小，气流力是一种强迫力，主 要是大气紊流导致结构强迫振动。
•涡振：大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种 风致振动。
桥梁风振控制
绝对控制： 主梁风振失稳
尽量控制： 考虑控制：
•桥梁风振及其制振措施
Tacoma Narrows Bridge：位于美国华 盛顿州，1940年建成，三跨连续加劲 梁悬索桥，主跨853m，宽11.9m,加劲 梁为H型板梁，梁高2.45m。 建成4个月后，在18m/s的风速(8级)作 用下，发散振动持续70min。最后，吊 杆断裂，加劲梁坠落河中。 原因：颤振失稳。
斜拉索风雨振
日本名港西大桥（MeikoNishi）、洞庭湖大桥均实测到拉 索在风雨共存的条件下，发生风雨振。称为影响最大的一种桥 梁病害。
俄国伏尔加大桥“蛇形共振”
风振对桥梁工程损害及防治
风振对桥梁工程损害及防治摘要：风对桥梁的作用是一种十分复杂的现象，随着桥梁跨径的不断增加，风振现象也越来越受到工程界的关注。
本文针对抖振、涡激共振、风雨振等风致振动对大跨度桥梁的结构安全形成不可忽视的影响,探讨了大跨度桥梁抗风设计原则与风致振动的控制,提出了改善桥梁结构和增加机械阻尼等方法。
关键词：大跨度桥梁;风致振动;抗风设计1引言1940年秋，美国华盛顿州建成才四个月的主跨853m的塔科马悬索桥在风速不到20m／s的8级大风袭击下发生了当时还难以理解的强烈振动，奇妙的风竟使桥面扭曲翻腾．而且振幅愈来愈大。
直至使桥面倾翻到45度，最终导致桥粱的折断坠入峡谷之中。
这次事故后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。
我国自70年代起斜拉桥蓬勃发展,跨度日益增大,1999年10月,主跨1385m的江阴长江公路大桥的建成通车,使我国成为世界上能自主设计和建造千米级悬索桥的第六个国家。
中国改革开放以来已经建成了百余座缆索承重桥梁,其中包括10座悬索桥和近20座跨度超过400m的斜拉桥。
与此同步,斜拉桥和吊桥的风致振动理论与实验研究也结合工程实际迅速发展,并取得了一些有价值的研究成果。
2桥梁结构风致振动理论风灾是自然灾害中发生最频繁的一种，桥梁的风害事故屡见不鲜。
风与结构的相互作用是一个十分复杂的现象，它受风的自然特性、结构的外型、结构的动力特性以及风与结构的相互作用等多方面因素的制约。
当风绕过一般为非流线型作用截面的桥梁结构时，会产生旋涡和流动的分离，形成复杂的空气作用力。
当桥梁结构的刚度较大时，结构保持静止不动，这种空气力的作用只相当于静力作用。
当桥梁结构的刚度较小时，结构振动受到激发，这时空气力的作用不仅具有静力作用，而且具有动力作用。
2.1 风的静力作用静力作用指风速中由平均风速部分施加在结构上的静压产生的效应，可分为顺风向风力、横风向风力和风扭转力矩。
在顺风平均风的作用下，结构上的风压值不随时间发生变化，作用与桥梁上的风力可能来自任一方向，其中横桥向水平风力最为危险，是主要的计算对象。
悬索桥梁的风致振动控制与减震
02
调谐液体阻尼器（ TLD）
利用液体的晃动效应来耗散振动 能量，适用于大跨度桥梁的横向 振动控制。
03
粘弹性阻尼器
通过粘弹性材料的剪切变形来耗 散能量，具有稳定的耗能能力和 良好的耐久性。
主动控制方法
主动质量阻尼器（AMD）
通过实时测量结构响应并主动施加反向振动，以抵消风致振动的 能量。
01
02
03
结构疲劳
长期的风致振动会导致桥 梁结构疲劳损伤，降低结 构的承载能力和使用寿命 。
行车安全
风致振动会影响桥梁的行 车安全，如涡激振动可能 导致桥面晃动，影响行车 稳定性。
结构稳定性
严重的风致振动可能导致 桥梁结构失稳，甚至引发 灾难性后果。
03
风致振动控制方法与技术
被动控制方法
01
调谐质量阻尼器（ TMD）
风力发电装置（WEC）
将风能转化为电能，同时产生反向扭矩以抵消风致振动的能量。
主动拉索控制
通过调整拉索的张力，改变结构的刚度和阻尼特性，从而实现对风 致振动的主动控制。
混合控制方法
1 2 3
主动与被动混合控制
结合主动和被动控制方法的优点，通过主动控制 提高系统的性能，同时利用被动控制保证系统的 稳定性和可靠性。
2 跨海大桥等特殊桥梁的抗风设计
针对跨海大桥、高墩大跨桥梁等特殊桥梁结构，研究有 效的抗风设计方法和控制策略。
3 精细化建模与仿真
发展精细化建模和仿真技术，更准确地模拟桥梁在复杂 风环境下的动力响应，为风致振动控制提供理论支撑。
4 跨学科合作与创新
加强土木工程、力学、材料科学、计算机科学等学科的 交叉融合，推动悬索桥梁风致振动控制与减震技术的创 新发展。
桥梁建设中的风振问题与控制方法
桥梁建设中的风振问题与控制方法桥梁是现代城市交通的重要组成部分，它们承载着人们的出行需求，连接着城市的各个部分。
然而，桥梁在面对气候变化和自然灾害时，特别是风力的影响下，往往会出现风振问题，给桥梁的稳定性和安全性带来威胁。
本文将探讨桥梁建设中的风振问题及其控制方法。
风振问题是指桥梁在强风环境下出现振动现象，如桥面、桥体、悬索等部分发生摆动、摇晃等现象。
风振问题对桥梁的影响主要表现在两个方面：一是对桥梁结构的破坏，风振会加剧桥梁材料的疲劳破坏，导致桥梁的寿命缩短；二是对行驶在桥上的车辆和行人的安全形成威胁，振动引起的不稳定性可能引发事故。
造成桥梁风振的主要原因包括两个方面：一是气候因素，包括风速、风向、风荷载等；二是桥梁结构的特性，包括桥梁几何形状、材料特性等。
为了解决桥梁风振问题，需要采取控制方法，以减小桥梁的振动幅度，提高其稳定性和安全性。
目前，针对桥梁风振问题，主要采取的控制方法包括结构控制措施和非结构控制措施。
结构控制措施主要是通过对桥梁结构进行参数调整或加装控制装置来控制风振现象。
例如，通过改变悬索桥索鞍形状和刚度来降低振动幅度，或者在桥梁主体结构上安装风振阻尼器、风振抑制器等装置来降低振动能量。
这些措施能够有效地控制桥梁的风振问题，提高桥梁的稳定性和安全性。
非结构控制措施主要是通过改变桥梁周围的环境条件来减小风振的影响。
例如，在桥梁周围种植密度适中的树木，形成风阻挡屏障，减小侧风的影响；或者在桥梁上增加较高的护栏和挡风墙，减少风与桥梁的直接接触，降低风荷载。
这些措施虽然相对简单，但能够在一定程度上减小风振问题。
此外，桥梁建设中的风振问题也需要借鉴国内外的先进经验和技术。
例如，在世界各地已经有很多应用成功的桥梁风洞试验技术，通过模拟真实的风场环境，对桥梁的风振特性进行研究，以便更好地解决实际问题。
这些经验和技术的借鉴可以为我国桥梁建设提供强有力的支持。
综上所述，桥梁建设中的风振问题是一个不容忽视的重要问题。
结构工程中的振动控制与稳定性评估
结构工程中的振动控制与稳定性评估振动是结构工程中一个重要的问题，它会给建筑物和桥梁等结构带来许多不利影响，如增加结构的疲劳损伤、降低结构的安全性等。
因此，在结构工程中，振动控制是一项关键的技术。
同时，稳定性评估也是不可或缺的一环，它可以帮助工程师评估结构的稳定性并采取相应的措施。
在振动控制方面，有多种方法可以应用于不同的结构。
其中一种常见的方法是利用阻尼器来减小结构的振动幅值。
阻尼器可以通过吸收结构中的能量来减小结构的振动，从而使结构更加稳定。
在高层建筑中，抗风振技术也是一种常用的振动控制方法。
通过在建筑物的顶部安装风振阻尼器或者调节风道的质量和刚度，可以有效减小风振对建筑物的影响。
另外，振动控制还可以通过优化结构设计来实现。
在设计结构时，工程师可以通过调整结构的刚度和阻尼来减小结构的振动，从而提高结构的稳定性。
此外，选取合适的结构材料和结构形式也可以起到振动控制的作用。
例如，在桥梁工程中，采用悬索桥或斜拉桥的结构形式可以减小桥梁的振动；在高层建筑中，使用混凝土结构材料可以提高结构的刚度和稳定性。
除了振动控制外，稳定性评估也是结构工程中的重要一环。
稳定性评估可以帮助工程师判断结构是否满足安全性要求，并采取相应的措施。
稳定性评估主要包括静力稳定性和动力稳定性两个方面。
静力稳定性评估是通过计算结构的静力平衡，判断结构是否具有足够的抗倾覆能力。
而动力稳定性评估则是通过分析结构的振动特性，判断结构是否具有足够的抗振能力。
在稳定性评估中，工程师通常会采用数值模拟方法来分析结构的动力响应。
数值模拟可以模拟结构在不同荷载条件下的振动响应，并预测结构的稳定性。
基于数值模拟结果，工程师可以进行相应的优化设计，提高结构的稳定性。
此外，稳定性评估还包括一些结构安全性指标的评估，如裂缝控制、变形控制等，这些指标可以帮助工程师判断结构的健康状况。
总之，振动控制与稳定性评估是结构工程中不可忽视的重要问题。
振动控制可以通过调整结构的刚度、安装阻尼器或者采用抗风振技术等方式来实现。
桥梁索结构振动控制
桥梁索结构振动控制越来越多的桥梁垮塌事故使得确保结构的稳定性和行车舒适性变得尤为重要。
大跨径桥梁大多需要采用索结构（斜拉桥拉索、悬索桥主缆及其吊索和拱桥的吊杆等）的形式，而索结构的因质量小、阻尼低、柔性大的特点，在外界激励下极易发生大幅振动，大跨度桥梁索结构的振动控制往往就成了桥梁结构稳定的控制因素。
桥梁振动控制的主要对象是大跨度桥梁的风振、地震响应和行车响应。
桥梁的风致响应可分为颤振和抖振。
在较易挠曲的悬索桥和斜拉桥中，风致振动较为常见。
悬索桥的缆索、吊杆都存在风振问题，且多为涡激振动。
悬索桥的风致振动最著名的例子是1940年美国Tacoma海峡桥坠落事故，该桥跨度为853m与悬索桥相比，虽然同样跨度下斜拉桥的刚度较大，但随着斜拉桥跨度越大，斜拉索柔性就越大。
1988 年 3 月，比利时的Ben Ahin 桥的斜拉索就发生了振幅达 1 米的振动。
1 桥梁振动控制的分类被动控制：它不需要外界能量，只需无源的惯性、弹性与阻尼元件，控制力是控制装置与结构相互运行产生的。
该种控制易于实现，减振防冲效果好，应用广泛。
主要优点是结构简单和工作可靠。
主动控制：这种控制需要外界能量输入。
由于大跨度桥梁的挠性很大，易发生低频振动，这种低频振动用被动控制装置或阻尼技术有一定的局限性。
混合控制：将主动控制与被动控制结合，发挥两种控制方法各自的优点，使主动控制所需提供的巨大控制力大幅度减小，以便有效地控制桥梁振动。
2 被动控制的主要类型2.1 摩擦阻尼器通过摩擦装置滑动作功，消耗能量。
1973 年建成的日本关门悬索桥在索塔施工中，采用滑动摩擦控制方式的防止缆索的涡激振动。
2.2 粘性阻尼器它是利用材料的粘弹性来瞬时改变结构的能量储备与瞬时耗散能量。
1985 年，日本因岛悬索桥的索塔施工中，采用了阻尼控制方式，即将滑车改为油压减振器。
2.3 调谐质量阻尼器(TMD)在主结构上附加一个由质量块、弹簧、阻尼组成的子振动系统，主系统发生振动时，通过参数设计，主结构的振动转移到子系统中，使主系统振动衰减。
风致振动对桥梁结构的危害及防护措施
【创新与发展】住宅与房地产2019年6月风致振动对桥梁结构的危害及防护措施董芳路（重庆交通大学土木工程学院，重庆 400041）摘要：近年来，桥梁风害问题备受关注，动力作用下的风致振动对桥梁破坏的问题尤为严重。
文章重点主要分析了风致振动的几种振动类型，以及其对桥梁的危害，明确其破坏机理、振动成因，阐述预防措施。
关键词：风致振动；振动类型；破坏机理；防护措施中图分类号：U447 文献标志码：A 文章编号：1006-6012（2019）06-0274-01风灾害这一问题的严重性越来越引起了世界各地的重视，尤其是桥梁的风灾问题愈发的严重，从20世纪开始世界各地桥梁风毁事故就频繁发生，直到今天也没有完全彻底地解决，攻克这个问题刻不容缓。
1 风致振动概述1.1 风致振动的研究背景近几十年来国内外都致力于从桥梁风致振动方面来研究桥梁风灾，风的动力和静力作用使得桥梁结构发生不同程度的振动，使其发生破坏。
其影响是巨大的，各国科研人员通过风洞试验来研究其动力特性和振动规律。
1.2 风对桥梁的动力作用风的动力作用的荷载，以脉动风来命名，脉动风是指风的大小及它的作用方向随着时间的变化而变化，发生周期随机，运动方式是不规则的。
其风致振动的形式也是多种多样。
有颤振、抖振、驰振、涡振[1]。
（1）颤振。
颤振是一种强迫式振动，是一种自激发散式振动，桥梁的桥面通过外界气流的反馈作用不断向外界吸收能量，使得桥梁振幅不断扩大，结构自身的机械阻尼无法完全消耗外部施加的能量，也就使得扭转角不断增大，使其振幅发散式增大，最终达到破坏。
在国外很早研究的塔科马特大桥是颤振而发生的破坏。
（2）驰振。
驰振类似于颤振，也是一种自己发散振动，属于强迫式振动。
驰振针对的对象非圆形截面的钝体结构而言的，一般钝体结构的横截面是具有棱角的方形或者是类似于方形的长方形。
也是不断向外界吸收能量，在结构阻尼力无法消耗时，使其振幅不断扩大，是横风向单自由度弯曲自激发散振动[2]。
高层建筑风效应及风振控制分析
高层建筑风效应及风振控制分析摘要：科技的发展与应用，使高层建筑被普遍应用，在设计高层建筑的时候，需要注意风效应对其的影响。
既要满足居住需求，又要满足减少振动的要求，一般高层建筑风振控制有耗能减振系统、吸振减振系统、锚索控制、主动控制与混合控制系统等。
关键词：高层建筑；风效应；风振控制随着经济的飞速发展与科学技术的广泛应用，高强度材料在高层建筑行业被普遍应用，使高层建筑与高耸结构不断出现，为建筑行业带来新的革命，也为城市居民生产生活带来了新形式。
高层建筑师在设计过程中，注意力多集中于建筑的平面功能布置、外观合理与空间的有效利用上，很少考虑到高层建筑间气流的影响问题。
如果高层建筑群之间的布局不合理，会为业主带来极大的不便。
高层建筑的主要荷载为水平风荷载，相比于地震等振动作用，风力作用频繁且持续时间长，影响力要大得多，为防止高层建筑在风力作用下出现倒塌、结构开裂等问题，必然要对高层建筑的风效应及风振控制进行合理的分析，使高层建筑结构抗风设计满足实际生活使用需求、安全需求、舒适度需求等。
一、高层建筑风效应的数值分析以高层建筑小区风效应进行分析，常见高层建筑小区的布局有三种形式：行列式、错列式和周边式，针对这三种布局的高层建筑，利用计算机进行模拟数值分析，得出高层建筑群内气流流动速度，并分析其影响度。
数据举例：行列式为4排每排4栋，共计16栋；错列式为五排交错排列，共计18栋；周边式为4排，呈口字形排列，共计12栋。
行列式错列式周边式拟定风向为正北和正西北两种，风速5m/s。
按人在1.8米位置进行计算。
其数值结果对比分析如下：（一）正北风向时：行列式第三、四排的风速达最高；错列式在第一、二列的第四排侧；周边式在第一、三列第四排。
其涡流形式，除错列式中间位置出现涡流外，其他二种不出现或很少出现。
通过对风速的变化趋势进行对比发现：三种布局风速会沿建筑高速而增大，行列式排末高层的高速区可达5.8m/s；错列式高层高速区达7.7m/s；周边区则达6.8m/s。
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高空悬索桥风振效应分析与控制第一章引言
概述高空悬索桥的定义和特点，介绍目的和意义，以及文中将
要讨论的高空悬索桥风振效应的重要性。
第二章高空悬索桥的原理与结构
详细介绍高空悬索桥的构造和原理，包括悬索桥的主要部件和
材料，以及悬索桥的受力特点和结构设计原则。
第三章高空悬索桥风振效应的理论分析
通过理论方法，对高空悬索桥风振效应进行分析。
首先介绍风
振效应的定义和分类，然后通过流体力学理论对风与悬索桥的相
互作用进行分析和计算，得出桥梁结构在不同风速下的振动特性。
第四章高空悬索桥风洞模型试验
在实验室条件下，通过风洞模型试验来验证理论分析结果。
介
绍风洞实验的基本原理和方法，详细描述风洞试验中的实验装置
和参数设置，最后给出实验结果的分析和比较。
第五章高空悬索桥的风振控制措施
针对高空悬索桥的风振效应，提出相应的控制措施。
包括设计
阶段的风振控制措施，如结构形式调整和增加阻尼器等；以及运
营阶段的风振控制措施，如风速监测与报警系统的建立和使用等。
第六章高空悬索桥风振效应控制案例分析
通过实际工程案例，对高空悬索桥风振效应的控制措施进行分析。
选择某具体高空悬索桥的设计和施工过程进行详细描述，包
括风振效应分析和控制措施的采取情况，并对实施后的效果进行
评价和总结。
第七章结论
对全文的内容进行总结和归纳，再次强调高空悬索桥风振效应
的重要性和对桥梁结构的影响，指出未来研究的方向和建议。
参考文献
列出本文所引用的相关参考文献。
附录
提供与文章内容相关的附加信息，如数据表格、图表和计算公
式等。
以上是关于高空悬索桥风振效应的分析与控制的一篇文章的大
致章节安排。
在每个章节中，可以进一步展开讨论和分析，提供
理论基础和实践案例，以及相关技术措施的研究。
文章应围绕主
题展开，提供专业性强、实用性高的信息，以帮助读者更好地理解和应用高空悬索桥风振效应的分析与控制。