桥梁抗风与风洞试验
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风工程［ 的研究方法主要有现场实测 、 值模拟及 风洞试验 应用 ， １ ］ 数 此处不作详述 。
三种 。现场 实测 的费用高 、 耗时长 ； 而数值 模拟 的基础理论 尚不 ３ 全 桥气 动弹性 模 型试验 完备 。故风洞试 验作 为一种行 之有效 的分析 方式 ， 已为完善风致 全桥气动模型试 验是 为了更好 地研究 整个结 构体 系在风场 动力响应的机理研究工作做出 了很 大贡献。 中的振动 响应 ， 并对于某 些造型新颖 的桥梁做 出准确 的抗 风性能
１ 静 力三分 力试验
静力三分力是指桥梁 断面在平 均静气动力作用下 的阻力 、 升
力和扭转力矩及 其随攻 角的变化 。以三分力系数表示如下 ：
一
评估 而做 的试验 。
由于试 验要对桥梁构造所处桥位处 的紊 流场进行模拟 ， 而要 保证处 该 § 流场 中的模型相 似性 ， 则需 要保证 以下几 个参数 ＿ ： ３ ｊ 惯性参数 、 弹性参 数 、 重力参 数 、 粘性参 数 、 阻尼参数 、 几何 参数 、 风速梯 度 、 紊流 强度 、 一化 的功 率谱 、 规 折算 频率 、 度 比、 率 尺 频
比。鉴 于这些相似性 不可 能全部 同时满足 ， 对于不 同的构造 ， 故
阻 系 Ｄ＿ Ｖ一 力 数Ｃ＝ 『 ￣ ２。 ｐ＿ Ｂ Ｌ
升系 ｃ — 力 数 ，＠ 一』
扭矩 系数 Ｃ 式 中：——空气密度 ； ｜ Ｄ
一
Ｌ
优先满足 的参数也不尽一致。 试验结果 以测定点的风速一振幅响应 曲线来 表示 。主梁 、 桥
桥 梁 抗 风 与 风 洞 试 验
李 曙 光
摘 要： 介绍 了风工程的三种研究方法 ， 从静力 三分力试验、 弹簧悬挂 刚体节段模 型试验 、 全桥 气动弹性模 型试验 三方 面 详细地探 讨 了风 洞试验 ， 以对风致振动响应机理 作科 学分 析， 从而促进桥梁 的抗风研究。
关键 词： 桥梁抗风 ， 洞试验 ， 型试验 风 模 中图分类号 ： ４ １３ Ｕ ４ ． 文献标识码 ： Ａ
２ Ｌ。 Ｂ ｐ Ｖ Ｍ
｛ ＢＬ ｚ。
塔、 塔墩等部分模型 通常 由模拟其 刚度 的刚性 芯棒 、 拟其外 形 模 和质量 、 质量分 布的外衣组合而成 。应避免模 型 的外衣对模型整
体刚度产生附加刚度的影响 ， 并注 意阻尼相似条件 的满 足。在模
型装配完成后 ， 应对 其动力 特性进行 测试 ， 确保 模型 实测值与 预 期 目标值相一致或在一定的误差 控制 范围以内。
维普资讯
第３ ３卷 第 １ ４期
２０ ０ ７年 ５ 月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ｎ ＲＥ ＴＥ Ｊ
Ｖｏ ．３ Ｎｏ １ １３ ． ４
Ｍａ． ２ ０ ｙ ０７
・２ ９ ・ ８
文 章编 号 ：０ ９６ ２ （０ ７ １ －２ ９０ １ ０ ．８ ５ ２ ０ ）４０ ８ －２
在进行风洞试验 前 。 先制作 刚性模 型 ， 首 要满 足与桥 梁构 件
２ 弹 簧悬挂 刚体 节段模 型试 验
到 了很大的发展和完善 ， 但其仍存在一 些问题亟待解决 。例如一 ４ ］ 一方 面使得 设计者过高 弹簧悬挂刚体节段模 型试 验是初 步评价 桥梁颤 振特性 的有 直困扰抗 风工作者的雷诺数效应 Ｅ 问题 ，
来流风速 ；
Ｂ， ——模型断面宽度和长度 。 Ｌ
４ 结语
实践证 明 ， 风荷 载已成 为大跨度 桥梁 的设 计控 制荷载 ， 而钝 有关参数 的相似性 ； 出了桥梁 的阻力 、 测 升力 和扭 矩系数后 ， 可 体空气动力学 理论上 的缺憾 使得风 洞试验 成为桥 梁抗风 性能研 便 以确定桥梁 的弛振稳定 性 ， 如果 升力 曲线 出现 了负斜 率值 ， 则桥 究的主要手段。风洞试验 除上述介 绍的三种外 ， 还包括拉条模 型 梁 的弛振稳定性不满足要求 。 试验和桥塔模 型试 验。风洞试验 的方法 、 手段 以及试 验仪器 已得
速 Ｖ ， Ｄ ｒ 实际桥梁的颤振检验风速应 高于 １ ２ ｒ ．Ｖ 。 ｎ
参考文献 ：
１ 埃米 尔・ 缪． 希 风对结构的作 用—— 风工程导 论［ ． Ｍ］ 上海 ： 同 模型除满足几 何 相似 之外 ， 应满 足 以下 动力 参数 的 相似 ［ ］ 还 济 大学出版社 。９ ２ １９ ． 性： 惯性参 ， １ ‘ Ｂ；速 墼 ，Ｄ阻 参 ， 其中 ［ ］ Ｔ ＴＤ ００ ．０ ４ 公路桥梁抗风设计规 范［】 参 尼 数 。 。 ， ２ Ｊ Ｇ／ ６ —１２ ０ ， 风 ∞； ｆ 。 ｓｔ ｍ， 分别为质量和转动惯量 ； Ｊ Ｖ为风速 ； ， 分别 为竖 向振动 ［ ］ ６ ３ 项海帆 ． 公路桥 梁抗风设计指 南 ［ 、 Ｍ］ 北京 ： 民交通 出版社 ， 人
桥梁抗风始于美 国 Ｔ ｃｍａ ａｏ 桥风毁事故 。１４ ９ ０年 １ 月 ７日， 向阻尼 比和扭转阻尼 比。 １
竣 工仅 ４个 月 ， 中跨 ８ ３ｍ 的 Ｔａｏ 桥 在 远低 于 设计 风 速 的 ５ ｃｍａ
满足上述相似条件后 ， 根据模型试验得到 的颤振检验风速还
可满 足大 多数桥 梁工程 的抗风 要求 。 １ ｓ ９ｍ／ 风速下发生 了颤振 。这个事故 的发生使 人们认 识到 大跨 原到实桥 的颤振检 验风速 ， 还可 以通过测量模型的颤振导数对桥梁 的颤振特性做更加 桥梁 只考虑静风荷载是不够的 ， 而应更 多地对风致振 动响应机理 当然 ， 精确分 析 ， 但其作为一种 半试 验半理论 的方 法 ， 易于 实际工程 不 做 出科学 的分析 ， 风工程应运而生 。
的费用昂贵 ， 无法模拟强风暴等问题也极大地 限制了风洞试验 的
使风洞试 验朝着 精细化 发展 ， 将成 为未来 设计大跨度桥梁最关 心 的问题之一 就是桥 梁是 否会 出现颤 功效。如何完 善理论 ， 振失稳 。桥梁抗风规范Ｅ 规定 ， 以统计 概率确定 的桥 粱设计风 风洞试 验研究 的主要方 向。 ２ ｊ 若
使设计 不经济 ； 另一 方面 由于钝体 效 手段。与全桥气 动模型相 比， 节段模型 造价低 ， 试验结 果更容 估计 了结构上作用 的风荷 载 ， 绕流的存在 ， 又使得某些设计偏于不安 全。还 有其他如风洞试验 易得到保证 ， 利用节段模 型试验进行 断面选型和初 步评 估桥梁抗
风特性是经济和有效的手段。
三种 。现场 实测 的费用高 、 耗时长 ； 而数值 模拟 的基础理论 尚不 ３ 全 桥气 动弹性 模 型试验 完备 。故风洞试 验作 为一种行 之有效 的分析 方式 ， 已为完善风致 全桥气动模型试 验是 为了更好 地研究 整个结 构体 系在风场 动力响应的机理研究工作做出 了很 大贡献。 中的振动 响应 ， 并对于某 些造型新颖 的桥梁做 出准确 的抗 风性能
１ 静 力三分 力试验
静力三分力是指桥梁 断面在平 均静气动力作用下 的阻力 、 升
力和扭转力矩及 其随攻 角的变化 。以三分力系数表示如下 ：
一
评估 而做 的试验 。
由于试 验要对桥梁构造所处桥位处 的紊 流场进行模拟 ， 而要 保证处 该 § 流场 中的模型相 似性 ， 则需 要保证 以下几 个参数 ＿ ： ３ ｊ 惯性参数 、 弹性参 数 、 重力参 数 、 粘性参 数 、 阻尼参数 、 几何 参数 、 风速梯 度 、 紊流 强度 、 一化 的功 率谱 、 规 折算 频率 、 度 比、 率 尺 频
比。鉴 于这些相似性 不可 能全部 同时满足 ， 对于不 同的构造 ， 故
阻 系 Ｄ＿ Ｖ一 力 数Ｃ＝ 『 ￣ ２。 ｐ＿ Ｂ Ｌ
升系 ｃ — 力 数 ，＠ 一』
扭矩 系数 Ｃ 式 中：——空气密度 ； ｜ Ｄ
一
Ｌ
优先满足 的参数也不尽一致。 试验结果 以测定点的风速一振幅响应 曲线来 表示 。主梁 、 桥
桥 梁 抗 风 与 风 洞 试 验
李 曙 光
摘 要： 介绍 了风工程的三种研究方法 ， 从静力 三分力试验、 弹簧悬挂 刚体节段模 型试验 、 全桥 气动弹性模 型试验 三方 面 详细地探 讨 了风 洞试验 ， 以对风致振动响应机理 作科 学分 析， 从而促进桥梁 的抗风研究。
关键 词： 桥梁抗风 ， 洞试验 ， 型试验 风 模 中图分类号 ： ４ １３ Ｕ ４ ． 文献标识码 ： Ａ
２ Ｌ。 Ｂ ｐ Ｖ Ｍ
｛ ＢＬ ｚ。
塔、 塔墩等部分模型 通常 由模拟其 刚度 的刚性 芯棒 、 拟其外 形 模 和质量 、 质量分 布的外衣组合而成 。应避免模 型 的外衣对模型整
体刚度产生附加刚度的影响 ， 并注 意阻尼相似条件 的满 足。在模
型装配完成后 ， 应对 其动力 特性进行 测试 ， 确保 模型 实测值与 预 期 目标值相一致或在一定的误差 控制 范围以内。
维普资讯
第３ ３卷 第 １ ４期
２０ ０ ７年 ５ 月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ｎ ＲＥ ＴＥ Ｊ
Ｖｏ ．３ Ｎｏ １ １３ ． ４
Ｍａ． ２ ０ ｙ ０７
・２ ９ ・ ８
文 章编 号 ：０ ９６ ２ （０ ７ １ －２ ９０ １ ０ ．８ ５ ２ ０ ）４０ ８ －２
在进行风洞试验 前 。 先制作 刚性模 型 ， 首 要满 足与桥 梁构 件
２ 弹 簧悬挂 刚体 节段模 型试 验
到 了很大的发展和完善 ， 但其仍存在一 些问题亟待解决 。例如一 ４ ］ 一方 面使得 设计者过高 弹簧悬挂刚体节段模 型试 验是初 步评价 桥梁颤 振特性 的有 直困扰抗 风工作者的雷诺数效应 Ｅ 问题 ，
来流风速 ；
Ｂ， ——模型断面宽度和长度 。 Ｌ
４ 结语
实践证 明 ， 风荷 载已成 为大跨度 桥梁 的设 计控 制荷载 ， 而钝 有关参数 的相似性 ； 出了桥梁 的阻力 、 测 升力 和扭 矩系数后 ， 可 体空气动力学 理论上 的缺憾 使得风 洞试验 成为桥 梁抗风 性能研 便 以确定桥梁 的弛振稳定 性 ， 如果 升力 曲线 出现 了负斜 率值 ， 则桥 究的主要手段。风洞试验 除上述介 绍的三种外 ， 还包括拉条模 型 梁 的弛振稳定性不满足要求 。 试验和桥塔模 型试 验。风洞试验 的方法 、 手段 以及试 验仪器 已得
速 Ｖ ， Ｄ ｒ 实际桥梁的颤振检验风速应 高于 １ ２ ｒ ．Ｖ 。 ｎ
参考文献 ：
１ 埃米 尔・ 缪． 希 风对结构的作 用—— 风工程导 论［ ． Ｍ］ 上海 ： 同 模型除满足几 何 相似 之外 ， 应满 足 以下 动力 参数 的 相似 ［ ］ 还 济 大学出版社 。９ ２ １９ ． 性： 惯性参 ， １ ‘ Ｂ；速 墼 ，Ｄ阻 参 ， 其中 ［ ］ Ｔ ＴＤ ００ ．０ ４ 公路桥梁抗风设计规 范［】 参 尼 数 。 。 ， ２ Ｊ Ｇ／ ６ —１２ ０ ， 风 ∞； ｆ 。 ｓｔ ｍ， 分别为质量和转动惯量 ； Ｊ Ｖ为风速 ； ， 分别 为竖 向振动 ［ ］ ６ ３ 项海帆 ． 公路桥 梁抗风设计指 南 ［ 、 Ｍ］ 北京 ： 民交通 出版社 ， 人
桥梁抗风始于美 国 Ｔ ｃｍａ ａｏ 桥风毁事故 。１４ ９ ０年 １ 月 ７日， 向阻尼 比和扭转阻尼 比。 １
竣 工仅 ４个 月 ， 中跨 ８ ３ｍ 的 Ｔａｏ 桥 在 远低 于 设计 风 速 的 ５ ｃｍａ
满足上述相似条件后 ， 根据模型试验得到 的颤振检验风速还
可满 足大 多数桥 梁工程 的抗风 要求 。 １ ｓ ９ｍ／ 风速下发生 了颤振 。这个事故 的发生使 人们认 识到 大跨 原到实桥 的颤振检 验风速 ， 还可 以通过测量模型的颤振导数对桥梁 的颤振特性做更加 桥梁 只考虑静风荷载是不够的 ， 而应更 多地对风致振 动响应机理 当然 ， 精确分 析 ， 但其作为一种 半试 验半理论 的方 法 ， 易于 实际工程 不 做 出科学 的分析 ， 风工程应运而生 。
的费用昂贵 ， 无法模拟强风暴等问题也极大地 限制了风洞试验 的
使风洞试 验朝着 精细化 发展 ， 将成 为未来 设计大跨度桥梁最关 心 的问题之一 就是桥 梁是 否会 出现颤 功效。如何完 善理论 ， 振失稳 。桥梁抗风规范Ｅ 规定 ， 以统计 概率确定 的桥 粱设计风 风洞试 验研究 的主要方 向。 ２ ｊ 若
使设计 不经济 ； 另一 方面 由于钝体 效 手段。与全桥气 动模型相 比， 节段模型 造价低 ， 试验结 果更容 估计 了结构上作用 的风荷 载 ， 绕流的存在 ， 又使得某些设计偏于不安 全。还 有其他如风洞试验 易得到保证 ， 利用节段模 型试验进行 断面选型和初 步评 估桥梁抗
风特性是经济和有效的手段。
