进入21世纪的桥梁风工程研究
中国桥梁结构抗风研究进展
中国桥梁结构抗风研究进展摘要：随着科学技术的发展，随着桥梁设计和施工水平的不断提高，桥梁的跨度也在不断增加，现代桥梁的跨度纪录不断被刷新。
进入21世纪后，桥梁跨度将突破2000米，甚至可能达到5000米。
而在桥梁跨度增加的同时，结构免不了采取措施减轻自重，也使得桥梁结构对于风的作用更加敏感，风也成为了桥梁设计中不可避免的问题，因此桥梁结构的抗风研究也愈来愈被人们重视。
本文将对中国桥梁结构抗风研究的现状与进展做出简要概述。
1.引言21世纪中国的桥梁工程取得了巨大的成就。
2008年6月30日，世界第一大跨径斜拉桥——苏通长江大桥正式通车；2008年5月1日，世界第一跨海大桥——杭州湾大桥正式通车；2003年6月28日，世界第一钢拱桥——上海卢浦大桥正式通车；2007年10月29日，世界第一座公路轻轨两用桥——重庆菜园坝长江大桥正式通车；2003年8月29日，世界上最大的跨径V撑梁式大桥——广州琶洲大桥正式通车……而不论是世界第一大跨径的斜拉桥亦或是世界第一跨海大桥，风力作用都是一个很严峻的问题，也是不可不考虑的因素，这就对我国的桥梁抗风研究有了很大的要求，而为了建成更长的桥、更稳固的桥，也要求桥梁的抗风研究取得更大的进展。
2.中国桥梁结构抗风研究进展2.1概述风对桥梁结构的作用机理十分复杂,是一种时间、空间变化的作用。
它受到风的特性、结构的动力特性和风与结构的相互作用三方面的制约。
2.2静力作用对桥梁的影响如结构刚度较大因而几乎不振动,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,因而不影响气流对桥梁的作用力,则风对桥梁的作用可近似地看作为一种静力荷载。
桥梁在风的静力作用下有可能发生强度、刚度和稳定性问题。
对于强度和刚度问题,如现行桥规中所规定的那样,主要需考虑桥梁在侧向风载作用下的应力和变形。
另外，对于静升力较大的情况,也需要考虑竖向升力对结构的作用。
对于柔性较大的特大跨度桥梁，则还需要考虑侧向风荷载作用下王梁整体的横向屈曲,其发生机制类似于桥梁的侧向整体失稳问题及在静力扭转力矩作用下主梁扭转引起的附加转角所产生的气动力距增量超过结构抗力矩时出现的扭转失稳问题。
从20世纪桥梁成就对21世纪桥梁发展趋向的探讨
从20世纪桥梁成就对21世纪桥梁发展趋向的探讨[ 作者：周一桥杜亚凡 | 来源： | 时间：2006-3-2 9:10:15 ]【摘要】桥梁工程在20世纪中取得了显著的成就。
由于设计理论的进步和各种新材料、新工艺的出现。
尤其是电子计算机的出现和应用，使桥梁的结构形式和跨度有了飞跃的发展。
人们在桥梁工程方面发现的规律和取得的宝贵经验为21世纪的桥梁发展奠定了基础。
本文小结了桥梁工程在20世纪中的成就，对桥梁向大跨度、柔性结构发展的问题以及采用复合结构、新材料、新工艺等问题进行了探讨，并循其规律预测可能发展的趋向。
【关键词】桥梁跨度复合型桥梁高性能混凝土纤维加劲塑料耐久性一、20世纪桥梁工程的主要成就20世纪是有史以来科学技术进步最为迅速的时代，人们在科学技术方面所取得的成就远远超过以前数百年中的成就。
桥梁工程作为一项综合性技术，是在诸多学科的基础上发展起来的。
在20世纪中桥梁工程技术有了重大突破，并且还将迅速地迈向更高的水平。
1．跨度的不断突破创新桥梁的跨度是一项重要指标，各国对此都十分重视。
20世纪中各类桥型的跨度纪录不断地刷新，但其发展是不平衡的。
总的趋向是桥梁结构向大跨、高强、轻型的方向发展，以缆索交承的柔性体系桥梁的发展占据了桥梁发展的主导地位。
由图1及图2中可以明显地示出这一趋向：·在悬索桥方面，从19世纪末的486m跨度，经历了空气动力学上的认识，缆索材料及施工技术上的进步，最后使日本明石海峡大桥的主跨达到了1991m。
·在斜拉桥方面，自1955年瑞典斯特罗姆松德桥（Stromsund）奠定了近代斜拉桥基础后，德国首先推广了钢斜拉桥。
此后在我国及其他国家大量采用预应力混凝土斜拉桥，以后又发展了各种复合型的斜拉桥，使这种桥到得到了很大的发展。
尤其是采用计算机技术为主要手段对桥梁本身以及周围介质对结构的影响进行分析后，使空间、非线性以及动力计算上诸多难题得到较完善的解决。
基于ANSYS模拟桥梁风致振动控制
基于ANSYS模拟桥梁风致振动控制邹四平;陈丽军【摘要】文章主要介绍了ANSYS软件在某桥梁风致振动控制研究中的应用.针对桥梁风致振动,TMD作为一种机械控制措施应用在某桥粱结构上,同时采用ANSYS 软件对其进行模拟.通过选用合理的单元来模拟桥梁结构、TMD控制系统和风荷载等,同时输入各单元的合理参数,最后ANSYS模拟计算出颤振临界风速,并得出相应结论为进一步深入研究提供参考.【期刊名称】《建材世界》【年(卷),期】2011(032)004【总页数】3页(P97-99)【关键词】风致震动;TMD控制系统;仿真分析【作者】邹四平;陈丽军【作者单位】黄冈市楚通路桥工程建设有限公司,黄冈438000;黄冈市楚通路桥工程建设有限公司,黄冈438000【正文语种】中文1940年,刚建成4个月的塔科马悬索桥在8级大风的作用下发生强烈风致振动而坍塌,这一事故引起了世界桥梁工程师们的极大关注,人们也逐渐认识到风的作用不仅仅是静力作用,并由此提出了桥梁风致振动的问题。
进入21世纪,桥梁结构进入大跨轻柔时代,风的作用也越来越明显,世界各国在桥梁结构风致振动控制措施上投入了大量的人力、物力和财力,也涌现出了许多有效的控制措施,包括气动控制措施、机械控制措施等,但是如何有效模拟桥梁结构风致振动是各项控制措施研究过程中不可回避的问题,尤其是随着计算机软件的发展和桥梁风工程的深入研究,有效地软件模拟风致振动显得越来越重要。
某长江大桥采用TMD控制系统对桥梁风致振动进行控制研究,本文旨在利用ANSYS软件模拟这座大桥的风致振动控制,验证TMD系统的控制效果。
1 桥梁概况论文选用的是某长江公路桥(主跨为926 m的钢结构——混凝土混合结构斜拉桥),主梁断面为P-K断面,两个TMD对称的安装在两个箱形截面内,而且使两个TMD的形心与P-K断面的形心不在同一位置,此种TMD安装方式不仅可以控制桥梁结构竖向振动,而且有利于抵抗风作用下桥梁断面的扭转运动。
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。
桥梁抗风研究方法综述
4 结束语
通过上面的介绍 , 我们可以发现桥梁 风工程的几 种研究 方法各有优缺 点 , 互为补 充。在实 际运 用中 , 我们 根据 不同 需要选择不同 的方 法 , 以 求成 本最 低 , 效 果最 好。数值 模拟 技术还不够完善 , 准确 度还 不够高 , 现 在都 须结 合风洞 试验 使用。但随着计算流体动力学理论 的发展 , 数值模拟 技术会 得到更好的运用 , 并有可能取代风洞试验。
风洞内作简谐振 动。系统 的竖 向振动 频率 可以 通过改 变弹 簧的刚度和模型的重量来调整 , 系统的扭 转振动频 率可以通 过调节弹簧间的 距离 来调整。 通过位 移传 感器 组桥可 以分 离出系统竖向振 动和 扭转振 动的 位移信 号。该 方法是 通过 直接测定颤振自激 力 , 然后 再推 算颤振 导数 , 因 而可以 直接 研究颤振自激力本 身的 特性 , 除 此之外 , 该 模型 试验还 具有 试验稳定 , 数据重复性好 , 可测量的 折减风速 范围宽 , 交叉项 导数与对角项导数具 有同等精度等一系列优点。 2 1 3 自由振动节段模型试验 自由振动节 段模型 试验 主要用 于测 定颤 振导数。 采用 分状态测量系统的频 率和阻尼来获取非耦合气动导数 ; Scan lan 是在稳态振 动 ( 颤 振 ) 条 件 下 , 通过 测 量模 型系 统 的振 型、 频率、 相位差等 , 并利用求出的非耦合 气动导数 从运动方 程中求解耦合气动导 数 [ 3] 。 自由振动节段模 型试验测定颤振导数简 单方便 , 但在提 取交叉导数的过程中 , 很难做到模型的竖 向运动和 扭转运动 在所有的风速下都具有相同的 频率比和阻尼 比 , 同 时非耦合 导数的识别误差 将带 到耦合 导数 中。该模 型试 验适合 的风 速不大 , 对耦合颤振导数的测量工作量 大 , 模 型的涡激 振动、 支撑的振动等对试验的影响很 大 , 信 号受干扰严 重。由于自 由振动节段模型试验有这些缺 点 , 因而强 迫振动节 段模型试 验受到了重视。 厦漳跨海大桥 节段模 型就 采用了 该方 法来 识别桥 梁主 梁断面的气动导数 [ 4] 。 2 1 4 弹性悬挂节段模型试验 弹性悬挂节段 模型试 验用 于测定 桥梁 结构 的非定 常气 动力特性 ( 气动导数、 气动导纳 ) 和在非定常气动力作用下的 稳定性和振动响应 ( 颤振和涡 激共振 ), 以 及桥梁结构主梁断 面在非定常气动力 作用下的表 面压力分 布状态 , 分析不同时 刻的主梁断面压力分布变化情况。该模型试验既要求模型与 实桥之间满足几何外形相似 , 原则上又需满足动力相似律 , 即 模型与实桥之间满足弹性参数、 惯性参数、 阻力参数的一致。 ( 1) 弹性参数 : ( 2) 惯性参数 : U , bB U 或 tB
21世纪斜拉桥发展动态及关键技术分析
21世纪斜拉桥发展动态及关键技术分析土木1110 11160299 司振摘要：斜拉桥的优缺点与发展历程，以及21世纪我国在斜拉桥领域取得的成果。
斜拉桥的现状与前景，分析斜拉桥的施工施法、斜拉索以及抗风性能等关键技术。
关键词：优点，缺点，发展历程，现状，前景，悬臂施工，支架法，抗腐蚀，抗风行能21st century developments in cable-stayed bridge andanalysis of key technologySummary：Advantages and disadvantages of cable-stayed bridge and development process, as well as the 21st century results achieved in thefield of cable-stayed bridge in China. Present situation and prospect ofcable-stayed bridge, analysis of stay cable of cable-stayed bridgeconstruction is cast, as well as wind resistance and other key technologies. Keyword：advantage，disadvantage，development history，Present situation，Future，Cantilever construction，Support method，Anti corrosion，The wind resistance performance（1）斜拉桥的定义、特点与优缺点定义：斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。
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。
浅谈大跨度桥梁抗风设计研究的发展现状
浅谈大跨度桥梁抗风设计研究的发展现状随着我国提出建设交通强国，我国交通工程建设迎来新时代踏上新征程，其中桥梁工程作为我国交通工程的重要组成部分，特别是大跨度桥梁在过去几十年快速发展，已然使中国桥梁技术成为令全世界同行瞩目的中心。
该文对大跨度桥梁为何要进行抗风设计的必要性进行阐述分析，介绍风致振动的类型，并就目前大跨度桥梁如何提高其抗风性能的方法进行了介绍，还简介了目前部分斜拉桥、悬索桥、拱桥三大类桥型所采用的抗风设计方法。
标签：大跨度；桥梁；抗风；风致振动我国交通工程建设在过去的几十年里取得了举世瞩目的辉煌成就，党的十九大报告中更是对我国交通工程的总体建设目标提出了更高标准的要求，要在新时代开启建设交通强国的新征程。
纵观我国交通工程建设发展的这几十年，桥梁工程作为交通工程的重要组成部分，其迅猛的发展速度令人惊叹。
从1991年我国建成了第一座完全由我国自行设计、自行建造的主跨达423m的现代化桥梁——上海南浦大桥；2008年正式建成通车的主跨1088m的世界第二大跨径的斜拉桥——苏通大桥；2009年建成通车的采用分体式钢箱梁主跨1650m目前位居世界悬索桥第二的西堠门大桥；2014年正式开工，建成后其悬索桥跨度在国内排名第一、世界排名第二，跨度长达1700m的杨泗港长江大桥。
随着科学技术的不断发展，桥梁设计也加入了新的科学理论、正在探索新的研究方法、开发创新新的高性能材料、施工工艺不断推陈出新，在科学技术的强有力推动下，全世界必将有更多大跨度的桥梁在今后涌现。
1、抗风设计的必要性现代桥梁的跨径随着时代发展需要正在逐步增大，其整体结构也趋向于质轻柔和，这使得桥梁对风荷载的作用就变得更加敏感。
桥梁在设计风速下的抗风稳定性已经成为控制桥梁结构设计和现场施工的至关重要的因素之一。
从1818年至今，全球有记录的因风致振动被强风摧毁的大跨度桥梁就有近20座。
这其中就包括1940年主跨853m风振致毁的美国塔科马大桥，也就是从那时开始，桥梁设计者们才真正重视对大跨度桥梁进行抗风设计的研究。
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收稿日期:2001-11-10作者简介:项海帆(1935-),男,浙江杭州人,教授,博士生导师,中国工程院院士.进入21世纪的桥梁风工程研究项海帆(同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海 200092)摘要:对21世纪初桥梁风工程的重点方向进行展望,从桥梁风振理论的精细化、桥梁风振机理研究、计算流体动力学(CFD)的应用、气动参数识别的改进和超大跨度桥梁的抗风对策等几个方面说明其重要性以及研究的主攻方向,以期在新世纪初利用我国大规模桥梁建设的有利形势,使我国的桥梁风工程研究通过创新,实现跨越式前进,达到世界先进水平.关键词:大跨度桥梁;风工程;展望中图分类号:U 441.3 文献标识码:A 文章编号:0253-374X(2002)05-0529-04Study on Bridge Wind Engineering into 21st CenturyX IANG H ai -f an(State Key Lab oratory for Disaster Red uction in Civil Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China)Abstract :The paper presents a prospect on the bridge w ind engineering in the beginning of the 21stcentury,which in -cludes several researc h aspects such as the refinement to the theory of wind-induc ed vibration,the mechanism of wind -induced vibration,the c omputational fluid dynamic s applications,the modification in identifying aerodynamic parame -ters and the wind-resistant c ountermeasures for super long-span ing the favorable situation of large scale bridge c onstruction into new century,the study on bridge w ind engineering in China may be expected to have a big step progress through innovative efforts and to reach the world .s advanced level.Key words :longspan bridges;w ind engineering;prospect在20世纪桥梁工程取得巨大成就的基础上,21世纪的世界桥梁工程将进入建设跨海联岛工程的新时期.日本和丹麦两个岛国是先驱者,日本本州)四国联络线工程和丹麦大小海带桥的建成是20世纪的里程碑,日本和丹麦也由此成为后起之秀的世界桥梁强国.在21世纪上半叶,已经规划多年的洲际跨海工程,如欧非直布罗陀海峡通道,欧亚博斯普鲁斯海峡第三通道以及欧美白令海峡工程将有可能付诸实现.在欧洲,英伦三岛、挪威沿海诸岛、德国和丹麦之间的费曼海峡以及意大利的墨西拿海峡也都将实施跨海工程建设.在亚洲,东北亚的日本和朝鲜有可能通过朝鲜海峡的跨海工程建设陆路通道.日本继本四联络线后还将实施/第二国土轴0计划,通过多座跨海(海峡和海湾)工程建设沿太平洋海岸的高速公路干线.中国的崛起令世界瞩目.在完成五纵七横主干公路网建设的同时,也已开始跨海工程的前期工作.如上海的崇明越江通道和杭州湾通道,珠江口的伶仃洋通道都在进行工程可行性的研究,舟山联岛工程也已开始实施.可以预计21世纪的中国将在桥梁建设中做出辉煌的成就,屹立于世界桥梁强国之列.21世纪的跨海大桥工程中将会出现许多超大跨度的斜拉桥和悬索桥,以避开超深水基础的困难和满足超大型船舶的通航要求,这就给桥梁风工程研究带来新的挑战.在台风多发的海域建造柔性的超大跨度桥梁,抗风安全将是最重要的控制因素.目前普遍采用的由Scanlan 和Davenport 于20世纪60年代建立第30卷第5期2002年5月同 济 大 学 学 报JOURNAL OF T ONGJI UN IVERSIT Y Vol.30No.5 M ay 2002530同济大学学报第30卷起来的桥梁风振理论框架是否需要补充和改进,以适应超大跨度桥梁的抗风设计是一个令人关注的课题.本文将对21世纪初桥梁风工程研究的重点进行展望,以便明确努力方向,为跨海工程建设做好抗风设计的理论和实验准备[1~4].1桥梁风振理论的精细化由Scanlan和Davenport于20世纪60年代建立的桥梁风振理论框架是基于非变形结构和线性气动力模型的线性确定性模态分析方法.在颤振分析中一般都不考虑紊流的影响,也不考虑风载引起的结构变形和附加攻角的作用.日本Miyata在进行明石海峡大桥的全桥模型试验中观察到在发生颤振前桥面已存在十分明显的侧向弯扭变形.这种因风的静力作用而产生的结构变形改变了桥梁的姿态,产生了沿桥跨方向不同的附加攻角.此外,大跨度斜拉桥的全桥气弹试验中还应考虑作用在斜拉索上的风载对变形的影响.用迭代的方法很容易跟踪随风速增加结构的变形,并考虑这一几何非线性对气动力作用、结构动力特性以及颤振临界风速的效应.同济大学在进行江阴长江大桥的抗风研究和风洞试验中注意考察了这种结构几何非线性效应,得到了有意义的结果.应当指出的是:目前通用的包含气动导数的自激力和准定常形式的抖振力是忽略了非线性项的线性表达式.随着跨度的增加,结构的变形和振幅都达到了米的量级,是否需要建立更加精确的气动力表达式是值得考虑的,特别是用现有理论分析抖振响应和实测结果有较大的误差,而且跨度愈大误差也愈大.因此可能要抛开机翼颤振和抖振的理论框架,寻找更为适合柔性的超大跨度桥梁风和结构相互作用及其非线性气动力表达式,使理论分析和实测达到一致,以便为实现精确的时域分析、数值风洞和更进一步的虚拟现实(VR)奠定更科学和坚实的理论基础.2桥梁风振机理研究T acoma桥风毁后组成了旨在为弄清事故原因的调查委员会.当时已经建立起来的航空空气动力学基础理论已被用来作为解释风毁机理的武器.由于邀请了流体力学家Von Karman参加调查委员会,在提交的报告中暗示旋涡脱落可能是激起振动的主要原因.节段试验也表明:如果去掉迎风面的主梁,扭转振动的发散将消失.于是此后的一些空气动力学著作都认为卡门涡街是造成Tacoma桥风毁的主要原因.直至1971年Scanlan发现了钝体断面的扭转负阻尼现象,并指出涡激振动只能用来解释该桥失稳前出现的较低风速时的弯曲振动现象,而与扭转振动发散无关.一直到1990年Tacom a桥风毁50周年之际,英国Wy att著文指出:平板的古典耦合颤振和钝体断面的扭转颤振是两种不同的机制.尽管通过风洞试验能保证安全的抗风设计,但流体和结构的相互作用机理仍是不清楚的.在20世纪90年代,日本M atsumoto对各种桥梁断面进行了仔细的流态和颤振形态的研究,分析了弯扭耦合的不同比例及其对颤振的影响,在实验中发现了涡的形成和沿桥面的飘移过程.丹麦Larsen利用所开发的DVMFLOW软件,用数值模拟方法揭示了Tacoma桥断面流体和结构相互作用的全过程.研究表明:卡门涡街不能对扭转振动的发散负责,但涡流沿桥面的飘移却会使升力的作用点同时飘移,造成升力矩从正向负转化,当涡的间距和桥面宽度达到一定配合关系将激起发散的扭转振动,这也正是扭转阻尼从正变负的原因.可以说,这一新研究为T acoma桥风毁提供了更科学和微观的解释.对风致振动的机理研究一般都滞后于控制风振有效对策的研究,如上述的颤振机理、拉索的参数振动和雨振等.然而,弄清风振的激振机理是结构风工程研究的重要任务,只有机理研究清楚了,才有可能建立起从平板到钝体断面统一的风振理论.对于处于中间状态的各种桥梁断面以及添加了各种导流制振措施的复杂断面有一个连续的、无矛盾的处理方法.为此目的,还要继续努力,不断改进现有的理论框架,以逐步弄清桥梁的各种风振机理.3计算流体动力学(CFD)的应用20世纪90年代初,从航空领域引入土木结构的计算流体动力学(CFD)技术已取得了初步的进展,丹麦的Walther 和Larsen 率先开发了基于离散涡法的DVMFLOW 软件,用于大海带桥的风振分析获得成功;随后,同济大学也开发了基于有限元法的空气弹性力学分析软件,对江阴长江大桥、南京长江二桥和润扬长江大桥等进行了气动选型、气动参数识别和风振分析,并与风洞试验作了对比,取得了比较满意的结果.实践表明:CFD 技术对于初步设计阶段的气动选型、设计独立审核工作、风振机理研究以及今后过渡到/数值风洞0都是十分有效的工具和重要的过程.对于/数值风洞0的前景尚有不同的看法:一方面用于数值分析的钝体气动力模型还不够精确和完善,气动参数的识别也存在着不确定性,需要继续改进,完全依靠数值模拟来获得必需的结构气动参数还有困难;另一方面,风洞试验技术的进步使试验周期和费用相对于/数值风洞0仍具有竞争力,对结果的可信度也并不逊色.因此,在今后的一定时期内,可能仍以风洞试验为主要手段,辅以/数值风洞0的适当作用.是否可以预期,随着钝体空气动力学在理论和算法上的不断进步,大容量的并行计算机更为普及以后,/数值风洞0,甚至更为先进的虚拟现实技术有可能替代风洞试验方法成为桥梁抗风设计的主要手段.人们将在屏幕上预见大桥在灾害气候条件下的振动景象,并据此判断结构的抗风安全.不管怎样,数值模拟是信息时代的主要特征,数值风洞的发展前景是毋庸置疑的.应该积极努力地推动这一技术的进步.4 气动参数识别的改进自从1971年Scanlan 和Tomco 发表了5机翼和桥面气动导数6的著名论文以来,桥梁气动导数识别的试验技术和识别算法都有了许多创新和改进,但从实践中人们仍感到有许多不确定性,影响到参数的精度.缺少有力的验证是重要的原因.除了平板的气动导数有理论解可以作为实测的验证外,对于其余的桥梁断面的气动导数,无法估计其误差,只能通过全桥气弹模型试验的结果来间接地检验利用实测气动导数得出的颤振分析结果,但前者也有风洞模拟、模型制作和相似等方面的问题,难以作为精确的准绳.气动导纳函数是一个和抖振分析密切相关的重要参数.然而,除了少数几个探索性的研究外,对于抖振响应的分析仍是一种估算,停留在1962年Davenport 建立的用Sears 函数(Liepmann 表达式)考虑气动导纳修正的最初框架上,至今没有实用性的成果,这确实是难以想象的一种状况.现场实测的抖振响应已多次提醒:按现行方法进行抖振分析的结果存在较大的误差.除了加紧研究气动导纳函数,提出便于实用的合理的参数值外,也许还应当用审慎的眼光对待建立在准定常理论基础上的抖振力表达式,探索更为精确的包含非线性项非定常的抖振力表达式,使理论分析和实测结果达到一致,以满足超大跨度桥梁对风振分析提出的更高要求.5 超大跨度桥梁的抗风对策随着跨度的增大,桥梁对风的敏感程度将不断提高.实践表明,对于斜拉桥这种刚性较好的体系,即使跨度超过千米,只要采用斜索面和闭口箱梁断面,成桥以后都可获得足够的稳定性,如香港昂船洲大桥和苏通长江大桥的研究所证明的.主要的问题是悬臂施工阶段桥面的风振和长拉索的风雨激振,需要采用一些被动控制措施加以抑制.斜拉桥极限跨度的研究表明:1200m 以下是比较合适的区域.1200~1500m 斜拉桥虽然仍有竞争力,但主梁中巨大的轴向压力将导致静力压屈稳定问题,需要增加额外的刚度来保证.1500m 以上的斜拉桥在目前钢索的条件下,将出现较大的拉索垂度和相应的非线性刚度折减,需要采用空间索网的布置来克服.作者认为:斜拉桥做到1500m 跨度应该可以满意了,过长的悬臂施工将会使风险更大.而1500m 以内斜拉桥在抗风方面是完全有信心解决的.和斜拉桥相比,悬索桥的刚度要小得多.1600m 以上的悬索桥,如采用常规的箱形断面,如大海带桥那样,临界风速将降到70m #s -1以下,在强台风地区将不能满足要求.香港青龙大桥就必须采用中央开槽的分离桥面才能解决.21世纪的跨海大桥工程提出了建造2000m 以上悬索桥的要求.中央开槽的分体桥面方案对提高抗风稳定性是十分有效的措施,但过宽的中央槽将使横梁跨度增大,使桥梁造价增大,过宽的桥面还造成桥塔宽高比的失调,影响桥梁的美观.因此,采用其它措施,如中央稳定板,导流板的配合是值得考虑的.曾经有人研究过如同航空器中采用的主动控制技术,但由于土木结构体型庞大,能源的供应和日常维护是一个531 第5期项海帆:进入21世纪的桥梁风工程研究532同济大学学报第30卷难题.因此,无能源的自适应控制系统对超大跨度悬索桥应该是一个有前景的振动控制方法.此外,利用斜拉桥刚度好的有利条件,继续克服斜拉-悬索协作体系在结合部附近吊杆疲劳问题,充分发挥两种体系的优点.协作体系将减少斜拉桥长悬臂施工的风险,同时又可增大桥梁的抗风稳定性,尤其在有软土覆盖层的沿海地区,锚碇的减小将会带来经济效益,相信协作体系在1200~1500m的跨度范围应该是一种有竞争力的桥型.6结语我国的桥梁风工程研究经过20余年的努力,经历了20世纪80年代的/学习和追赶0和20世纪90年代的/提高和紧跟0两个阶段,已取得了长足的进步.通过对国内数十座大桥的抗风研究和风洞试验的实践,可以说我国的水平已进入了世界先进行列,也得到了国际风工程同行的认可.进入21世纪后,应开始/创新和超越0的第三战役,在第二阶段全面紧跟的十多个研究课题中选择4 ~5个重点进行突破,以进一步明确奋斗目标,通过创新,实现跨越式前进.同时,利用我国大规模桥梁建设的有利形势积极参与和合作,以重大桥梁工程为背景,理论联系实际,争取用10年时间在几个方面达到世界先进水平.参考文献:[1]项海帆.进入21世纪的中国大桥工程及抗风研究[A].进入21世纪的科学进步与社会经济发展[C].北京:中国科学技术出版社,1999.986.[2]项海帆.上海力学学会40周年年会报告:风工程和力学[R].上海:同济大学土木工程防灾国家重点实验室,1999.[3]XIANG Hai-fan,CH EN Ai-rong.Aerodynamic s tudies of long-span cable-s upported bridges in Chi na[A].Proc of International Confer-ence on Advances in Structural Dynamics[C].Ox ford:Elsevier Science Ltd,2000.121-134.[4]XIANG Hai-fan,Ge Yao-jun.Refinement on aerodynamic s tability analysis of s uper long-span briges[J].JWE,2001,(89):65-72.#下期文章摘要预报#低温等离子体放电管输入电能形式的发光分析葛自良,马宁生,章昌奕,赵国华为解析放电等离子体现象,以低温等离子体放电管作为优化研究对象,用数码相机对输入不同电能形式的放电管分别进行摄影,记录空气电离时的可见光发光状态,通过计算机处理,从发光强度空间分布及发光主截面积两方面进行分析,指出输入纳秒级脉冲高压电时能量效率较优,输入50H z单相交流高压电时较低,而采用主从放电输入电能形式的能量效率介于两者之间.同时也对放电管的结构性能进行了评估.。