桥梁风振专题
桥梁结构风致振动的探讨
桥梁结构风致振动的探讨孙国明1,张 彬1,周 涛2(1.辽宁工程技术大学土木建筑系,辽宁 阜新 123000,2.枣庄市公路管理局,山东枣庄 277100)[提 要] 风对桥梁的作用是十分复杂的现象。
随着桥梁结构的大跨度发展,桥梁对风作用反应的敏感和复杂逐渐成为设计的控制因素。
文章就桥梁抗风设计的历史和风致振动的研究现状做了分析,同时探讨了特大跨度桥梁待研究的风致振动的控制问题。
[关键词] 特大跨度桥梁;风致振动;抗风设计[中图分类号]T U312+.1 [文献标识码]A [文章编号]1007-9467(2001)03-0029-02一、引言风致振动,自1940年秋,美国华盛顿州建成才4个月的T acoma吊桥在不到20m/s的8级大风作用下发生破坏事故以后,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,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。
二、桥梁结构风致振动理论的发展大跨度桥梁呈现结构轻柔、低频和低阻尼的力学特征,导致桥梁对风的作用更加敏感和对风的反应更加复杂。
40多年来,在结构工程师和空气动力学家及诸多领域专家的共同努力下,基本上弄清了各种风致振动的机理。
风对桥梁的作用是十分复杂的现象,它受到风的自然特征、结构的动力性能以及风与结构的相互作用三方面的制约。
气流绕过一个振动着的物体时将对物体产生气动力,且是非均匀可变的。
桥梁的实际情况要复杂得多,因为近地风是稳流风,而且大多数桥梁都是非流线形的。
紊流风场对振动着的非流线形截面所产生的非定常空气力无法用解析形式表达出来,而只能通过风洞实验来确定。
1935年,Th.Theodors on从理论上研究了薄平板的空气作用力,用势能理论求得了非定常空气力的解析式。
1938年,Th.V on K arman也得出同样结果。
桥梁风振专题(学习课资)
公开课资
16
桥梁风振概述
公开课资
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桥梁风振概述
加装风嘴、中央开槽、稳定板，使桥梁截面接近流线型， 避免或推迟漩涡脱落发生，增大竖向振动空气阻尼。
公开课资
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桥梁风振概述
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。
公开课资
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桥梁风振概述 •机械减振措施
加阻尼器（如TMD，磁流变阻尼器）。怎样达到很好的减 振效果？
公开课资15桥梁源自振概述桥梁风振的减振措施•空气动力学措施
引起桥梁振动的风荷载性质与桥梁外形有关。在不改变桥 梁结构与使用性能的前提下，适当改变桥梁外形或附加一些导 流装置，往往可以减轻桥梁风振。如：
加装风嘴、中央开槽、稳定板，使桥梁截面接近流线型， 避免或推迟漩涡脱落发生，增大竖向振动空气阻尼。
公开课资
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桥梁风振概述 •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。
公开课资
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桥梁风振概述
桥梁风振的主要形态
公开课资
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桥梁风振概述
•气动弹性现象：气流中的弹性体发生变形或振动，从而改变气 流边界条件，引起气流力的变化，反过来又引起弹性体新的变形 与振动，这种气流力与结构相互作用的现象即为气动弹性现象。
•颤振：扭转发散振动或弯扭发散振动。如塔克马桥的桥面扭转 振动，飞机机翼振动
•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。
公开课资
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桥梁风振概述
•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。
桥梁抗风与抗震
桥梁抗风与抗震1.桥梁抗震桥梁的震害及破坏机理调查与分析桥梁的震害及其破坏机理是建立正确的抗震设计方法，采取有效抗震措施的科学依据。
国内外学者对桥梁震害的调查研究结果说明，桥梁震害主要表现为：(1)上部构造的破坏：桥梁上部构造本身遭受震害而被毁坏的情形不多，一般都是由于桥梁构造的其他部位的毁坏而引起的。
如落梁，一种是由于弹性设计理论采用毛截面刚度，这样就会低估横向地震作用和位移。
导致活动节点处所设置的支座长度明显缺乏以及相邻梁体之间因横向距离缺乏而引起的相互冲击，造成落梁及相邻构造的撞击破坏；另外一种是由于地基土的作用造成大的地震位移，这种桥梁震害主要发生在建在软土或者可能液化的地基土上的桥梁上。
软土通常会使构造的振动反响放大，使得落梁的可能性增加。
(2)支座连接部位的破坏：这中破坏比拟常见，由于连接部位的破坏会引起力传递方式的变化，从而对构造其他部位的抗震产生影响，进一步加重震害。
这种破坏是抗震设计中最关注的问题之一。
(3)下部构造和根底的破坏：下部构造和根底的严重破坏是引起桥梁倒塌，并在震后难以修复使用的主要原因。
除了地基毁坏的情况，桥梁墩台和根底的震害是由于受到较大的水平地震力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起的，从大量震害实例来看，比拟高柔的桥墩多为弯曲破坏，矮粗的桥墩多为剪切型破坏，介于两者之间的为混合型。
地基破坏主要表现为砂土液化，地基失效，根底沉降和不均匀沉降破坏及由于其上承载力和稳定性不够，导致地面产生大变形，地层发生水平滑移，下沉，断裂。
(4)桥台沉陷，当地震加速度作用时，由于桥台填土与桥台是不完全固结的，桥台填土的纵向土压力增大，桥梁与桥台之间的冲撞会产生相当大的被动土压力，造成桥台有向桥跨方向移动的趋势。
由于桥面的支撑作用，桥台将发生以桥台顶端为支点的竖向旋转，导致根底破坏。
如果桥台根底在液化土上，又将引起桥台垂直沉陷，最终导致桥梁破坏。
以上所介绍桥梁的几种破坏形式是相互影响的，不同的地质条件和不同的抗震措施所造成的破坏程度和类型往往是不同的。
桥塔抗风抗震17页word文档
无锡蓉湖大桥抗风抗震初步分析报告中铁大桥勘测设计院2019年7月武汉分析复核专业负责人站长院总工程师前言无锡蓉湖大桥工程位于江苏省无锡市市区，该桥跨越京杭大运河。
本研究报告所研究的方案为： 145m+41.2m+33.8m独塔单索面混合梁斜拉桥；桥面以上主塔高为55.3m（不含塔顶装饰部分）, 桥面以上塔柱为双柱钢管砼塔柱，其中锚固区的双柱由20mm厚的钢板相连，下塔柱为单柱砼塔柱，斜拉索为单索面，两根索沿横桥向的间距为1.0m。
该方案的主梁主跨为钢箱梁，边跨为砼箱梁。
由于桥址处设计基本风速达25.9m/s，因此，该桥在成桥运营状态和施工全过程的抗风安全应高度重视；同时，大桥所在地区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35秒，故该桥在成桥运营状态的抗震安全也应重视；为此，我们对该桥的抗风安全性和抗震安全性进行了较为全面的分析。
其主要研究内容、主要研究结论及评价如下：1．主要研究内容1．1 设计基本风速、设计基准风速和主梁颤振检验风速的确定1．2 抗震设防标准的确定1．3 结构动力特性分析1．4 主梁抗风稳定性验算1．5 有关抗风的其它问题1．6 结构的抗震分析2．主要研究结论及评价2．1 基本风压W0=600Pa，设计基本风速V10=25.9m/s。
主梁设计基准风速V D（梁）=21.5m/s；主塔设计基准风速V D（塔）=29.8m/s。
施工阶段主梁设计基准风速V D（梁施工）=18.1m/s；施工阶段主塔设计基准风速V D（塔施工）=25.0m/s。
主梁成桥状态颤振检验风速[V cr]=36.1m/s；主梁施工阶段颤振检验风速[V cr s]=30.3m/s。
2．2 抗震设防标准：地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35秒，具体设计计算取地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.30秒，检算结构物的强度；取地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.30秒，检算结构物的位移。
桥梁结构抗风性能的研究和探讨
桥梁结构抗风性能的研究和探讨【摘要】早期建设事的桥梁跨度较小，结构抗风风致振动并未引起设计者的注意，但近些年来随着交通的发展，大跨度桥梁的建设越来越多，桥梁跨度越来越大，由于其跨度较大，风和雨的激振作用很明显和重要。
如果不进行合理的设计，很容易导致桥梁的坍塌，对人民生命和财产造成巨大的损失。
就对桥梁的结构抗风性能（风振）问题进行深入的研究和探讨。
【关键词】：桥梁抗风研究和探讨0引言自1918年起全球至少已有11座悬索桥遭到风毁，其中一个典型的事故是1940年美国塔科马悬索桥在19/m的8级大风下因扭转而发散振动而坍塌，塔科马悬索桥的事故引起了桥梁工程界的震惊。
2020年4月 26日下午14时许，武汉市长江鹦鹉洲大桥发生桥面晃动（世界首座主缆连续的三塔四跨钢板结合梁悬索桥，主跨布置为225+2×850+225m）。
2020年5月5日下午，广东省广州市和东莞市两地之间的虎门大桥悬索桥（主桥全长4588米,包括跨径888米的悬索桥、主跨270米的连续刚构桥。
其中，虎门大桥的大跨径悬索桥是柔性结构，1997年6月9日投入使用。
）发生桥面晃动，振幅较为明显，对行车造成不舒适感。
为保障通行安全，广州和东莞两地交警已采取交通管制措施，对悬索桥双向交通全封闭。
据广州气象局风力数据显示虎门大桥站15-17时，基本都有6-71级大风维持。
据专家分析，是由于沿桥跨边护栏连续设置水马，改变了钢箱梁的气动外形，在特定风环境条件下，产生的桥梁涡振现象。
为减少因大风下扭转而发散振动而桥梁坍塌，引起业内界专家学者的高度重视，加大风对桥梁作用的研究。
1影响桥梁结构原因分析1.1风静力对桥梁结构的影响结构刚度较大时几乎不振动，或结构虽有轻微振动但不显著影响气流经过桥梁的绕流形态，而不影响气流对桥梁的作用力，这种作用力可看作一种静力荷载。
桥梁静力荷载作用下可能发生强度、刚度和稳定性问题。
现行桥梁规程中规定，主要考虑桥梁在侧向风荷载作用下的应力和变形，另外对于升力较大的情况，也需要考虑竖向升力对结构的作用。
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。
桥梁风致振动综述
桥梁风致振动综述摘要：桥梁，作为一种连接构造物，从古至今扮演着跨越天堑、连接通达的重要角色。
从最开始的天然桥梁，到慢慢出现的石拱桥，到梁桥板桥，再到现代桥梁结构，桥梁的发展历史悠久，并且成果斐然。
但是在发展的过程中，不可避免的遇到了很多问题，这些问题有些被攻克解决了，还有一些仍未能被人类精确地理解和研究，仍在威胁着桥梁的安全。
本文主要讨论大跨度桥梁的风致振动问题与抗风设计方法。
关键词：桥梁风致振动，大跨度桥梁，桥梁抗风设计一、大跨径桥梁的轻柔化在了解风致振动、风工程之前，我们先要了解，风究竟是什么呢？风是大气边界层内空气流动现象, 并且其流动的速度和方向具有随时间和空间随机变化的特征。
在研究风对桥梁的作用时, 通常把风处理为在一定时距内不随时间变化的平均风和随时间随机变化的脉动风速两部分。
风作用于桥梁结构时, 由风的压力作用形成对结构的风荷载, 同时, 风还会引起桥梁的颤振、驰振、抖振和涡激振动等各种形式的振动。
20世纪，大跨径桥梁得到了发展，然而在这些发展初期，风致振动稳定并没有成为大跨径桥梁的重要控制因素。
直到1940年11月，位于美国华盛顿州、仅建城4个月的塔科马（Tacoma）大桥，在风速甚至不足20m/s的风下，发生了破坏。
这场破坏举世震惊，也第一次让工程师们认识到风对于大跨径桥梁的重要作用。
那么为什么，大跨径桥梁对风的敏感性这么高呢？这里我们要从大跨径桥梁的轻柔化说起。
为了减轻自重，增强跨越能力，比起传统混凝土桥梁，大跨径桥梁通常采用钢结构、钢混组合、结合结构等。
我们知道，钢材料的阻尼（damper）要小于混凝土，那么大跨径桥梁材料的基频也较小，通常为0.08Hz左右，而风的卓越频率在0.1Hz左右，二者比较相近，易产生共振；而相应的，地震卓越频率在1Hz左右，不易于大跨径桥梁产生共振。
这就解释了为什么大跨径桥梁对风作用敏感、对地震作用较不敏感，而小跨境桥梁恰恰与之相反。
二、风工程风工程（wind engineering）是指与自然风有关的生活或工业应用设施等主要涉及自然风的流体力学特性和设施的结构力学特性。
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。
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中南大学桥梁工程系
第六章
桥梁风振概述
6.4 桥梁风振的减振措施
•空气动力学措施
引起桥梁振动的风荷载性质与桥梁外形有关。在不改变桥 梁结构与使用性能的前提下，适当改变桥梁外形或附加一些导 流装置，往往可以减轻桥梁风振。如：
加装风嘴、中央开槽、稳定板，使桥梁截面接近流线型， 避免或推迟漩涡脱落发生，增大竖向振动空气阻尼。
第六章
桥梁风振概述
•塔科马大桥风毁实例
中南大学桥梁8-1840年风毁桥梁案例
中南大学桥梁工程系
第六章
桥梁风振概述
•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50 cm。 安装16台可调质量阻尼器 （TMD），涡激振动振幅只有5 cm。
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第六章
桥梁风振概述
•现场观测
实桥测量风振特征与参数，是一种很好的研究手段，尤 其是桥梁发生风致病害时，研究价值更大。塔克马桥的实况 录像为桥梁事故原因分析以及桥梁风工程发展起到了重要的 推动作用。
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第六章
桥梁风振概述
•数值模拟
应用计算流体力学 方法，在计算机上实现桥 梁风振全过程，称为数值 风洞技术。
破。
桥梁风工程的进一步发展，有待于基本理论框架的新突
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第六章
桥梁风振概述
•风洞试验
目前，风洞试验是一个十分重 要且不可替代的手段。风洞试验包括： 节段模型试验，全桥模型试验等。
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第六章
桥梁风振概述
•风洞试验
目前，风洞试验是一个十分重 要且不可替代的手段。风洞试验包括： 节段模型试验，全桥模型试验等。
第六章
桥梁风振概述
第六章 桥梁风振概述
桥梁风致病害典型案例
桥梁风振的主要形态 桥梁风工程的主要研究方法
桥梁风致振动的减振措施
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第六章
桥梁风振概述
主要参考资料：
陈政清《桥梁风工程》
项海帆《现代桥梁抗风理论与实践》
项海帆《桥梁概念设计》
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第六章
桥梁风振概述
6.1 桥梁风致病害典型案例
•塔科马大桥风毁实例
塔科马大桥：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。
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•机械减振措施
加阻尼器（如TMD，磁流变阻尼器）。怎样达到很好的减 振效果？
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第六章
桥梁风振概述
加辅助索，预防拉索风雨振
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第七章 桥梁抗震概述
7.4 学习讨论题目
（1）动力系统振动方程建立方法之间的联系与区别。 （2）结构位移与内力动力系数关系，以及综述桥梁动力系数来 源。 （3）运用动力学总势能不变值原理与对号入座法则，建立车辆轨道结构的振动方程，具体推导过程
（4）简单系统的动力响应计算（2个以上自由度，振型叠加法与 逐步积分法）
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第七章 桥梁抗震概述
（5）综述高速铁路桥梁设计与车线桥振动的联系
（6）综述桥梁抗震抗风设计方法，简述桥梁抗震抗风的一些措 施与手段。
（7） 针对振型叠加法存在的问题，目前研究有何新进展。要求 写出较详细的读书笔记。 （8） 综述列车-桥梁系统共振研究现状，分析预防高速列车-桥 梁系统共振的措施与手段。
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第六章
桥梁风振概述
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第六章
桥梁风振概述
加装风嘴、中央开槽、稳定板，使桥梁截面接近流线型， 避免或推迟漩涡脱落发生，增大竖向振动空气阻尼。
中南大学桥梁工程系
第六章
桥梁风振概述
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。
中南大学桥梁工程系
第六章
桥梁风振概述
•颤振：扭转发散振动或弯扭发散振动。如塔克马桥的桥面扭转 振动，飞机机翼振动
•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。
中南大学桥梁工程系
第六章
桥梁风振概述
•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。
中南大学桥梁工程系
第六章
桥梁风振概述
6.3 桥梁风振的研究方法
•理论分析
运用空气动力学原理，建立各类风荷载的数学模型，应 用结构动力学的方法，求解各类风致振动及其稳定性。
西奥多尔森(Theodorsen)理想平板颤振自激力理论；斯 坎伦(Scanlan)桥梁断面颤振理论；达文波特（Davenport） 抖振准定常理论。
中南大学桥梁工程系
中南大学桥梁工程系
第六章
桥梁风振概述
•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。
中南大学桥梁工程系
第六章
桥梁风振概述
6.2 桥梁风振的主要形态
中南大学桥梁工程系
第六章
桥梁风振概述
•气动弹性现象：气流中的弹性体发生变形或振动，从而改变气 流边界条件，引起气流力的变化，反过来又引起弹性体新的变形 与振动，这种气流力与结构相互作用的现象即为气动弹性现象。