桥梁节段模型风洞试验简介

桥梁抗风与风洞试验浅析作者：崔会芳侯娜曹娟丽高斐来源：《科技探索》2013年第11期摘要：随着现代大跨桥梁跨径记录不断被刷新，结构随之趋于轻柔，阻尼减小，风荷载成为很多桥梁设计的控制性因素，所以对于桥梁的抗风研究显得十分必要。

本文将探讨介绍风对桥梁的作用、桥梁抗风的研究方法及目前作为桥梁抗风最普遍的研究方法的风洞实验。

关键词：桥梁抗风风洞试验引言现代桥梁在跨度、材料、桥型、结构设计、施工方法等方面都发生了重大进步。

进入21世纪以后，科技的进步、新材料的开发和应用等使得桥梁向着长大化，轻柔化发展，使其在风作用下的非线性特性更加突出，从而提出了桥梁抗风研究的精细化问题。

1风对桥梁的作用（1）静风荷载平均风产生的静力荷载称作静风荷载。

静风荷载对大跨径桥梁的作用一般简化为风对结构的阻力、升力和升力矩的三分力的共同作用。

风对桥梁的作用包括顺风向的阻力FD（t）、竖向升力FL（t）和因升力形成的升力矩FM（t）。

以前人们普遍认为大跨桥梁的空气动力临界风速一般都低于空气静风失稳风速，所以自从开始研究桥梁空气动力学以来，大跨桥梁抗风研究主要集中于结构动力失稳的问题上。

直至1967年日本东京大学的Hirai教授在悬索桥的全桥模型风洞试验中观察到了空气静力扭转发散现象，空气静力稳定性问题才逐渐提上议程。

（2）风致振动对于大跨度桥梁而言，当断面形式接近于流线型时，由于结构刚度小，使得结构振动容易被激发，风作用对于结构表现出的不仅仅是静力特性，还有动力特性，称为动风荷载。

风的这种动力作用引起桥梁结构的振动，振动起来的桥梁又反回来影响风的流动，改变风对结构的作用，从而形成了风与桥梁的相互作用机制。

风对结构的作用受结构振动的影响较小时，风荷载形成一种强迫力，致结构发生有限振幅的强迫振动，包括涡振及抖振；当风对结构的作用力受到结构的振动影响较大时，风荷载受到振动结构的制约，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，包括颤振和驰振。

土木工程中的桥梁抗风设计与风洞试验桥梁是人类工程建设中重要的交通基础设施之一，承载着行车和行人的负荷。

然而，桥梁在面临自然风力时容易受到影响，因此，桥梁抗风设计成为土木工程中的一个重要研究课题。

为了确保桥梁的结构安全稳定，需要进行风洞试验以获得准确的数据和参数。

本文将介绍土木工程中的桥梁抗风设计与风洞试验的过程和方法。

1. 风力荷载分析在设计桥梁抗风的过程中，首先需要进行风力荷载分析。

风力荷载与桥梁的形状、横截面积、高度、桥墩和桥塔的形式等因素有关。

根据风力荷载的计算公式，可以确定桥梁所承受的最大风速和风力矩。

这些数据对于桥梁的设计和结构稳定性至关重要。

2. 桥梁结构设计根据风力荷载的分析结果，工程师需要进行桥梁的结构设计。

这包括选择合适的材料、确定桥梁的几何形状和尺寸，以及考虑桥墩和桥塔的位置和形式。

通过合理的结构设计，可以提高桥梁的抗风能力和稳定性，确保桥梁在强风条件下不发生变形和破坏。

3. 风洞试验风洞试验是桥梁抗风设计中不可或缺的一部分。

通过在风洞中模拟真实的风场环境，可以获取桥梁在不同风速下的响应和振动情况。

这些数据对于验证结构设计的准确性和完整性非常重要。

在风洞试验中，可以测量桥梁的振动频率、应力分布和位移情况，从而评估桥梁的抗风能力和结构稳定性。

4. 风洞试验的步骤风洞试验的步骤包括模型制造、模型安装、风洞试验和数据分析。

首先，根据实际桥梁的设计参数，制造一个比例缩小的桥梁模型。

然后，在风洞中安装模型，并确保模型的稳定性和安全性。

接下来，通过风机产生一定的风速，在模型前方产生风场。

同时，使用传感器和测量仪器记录桥梁的振动和位移情况。

最后，将获得的数据进行分析和比对，评估桥梁的抗风能力和结构稳定性。

5. 风洞试验的优势相比于其他测试方法，风洞试验具有以下优势：- 可以模拟不同风速、不同风向和不同风场条件，准确地测量桥梁的响应情况。

- 可以对桥梁的各个部位进行针对性测试，提供全面的数据支持。

《桥梁风工程》之——风洞试验技术主要内容简介第一章风洞试验的理论基础——相似性（概述、相似性基本要求、无量纲参数的来源、基本缩尺考虑）1.1 概述理论流体力学——物理实验——数值模拟（风工程研究的“三大手段”）；桥梁、建筑结构在结构设计方面，只要求结构在风荷载作用下具有足够的强度、刚度和稳定性即可，即确保桥梁结构、建筑结构的安全性、舒适性和耐久性即可；（这区别于航空器的设计——力求其周围运动空气对其的阻力最小），主要关注绕尖角的流动和分离流动，因此，称为“钝体空气动力学”。

个别建筑、桥梁已开展了实际结构的实测。

Fig.1 Research methods of Wind Engineering of Bluff Body1932年，Flachsbart O.“建筑物气动特性的模拟应当在具有与自然风相似的风洞气流中进行”。

几何缩尺——经济性和方便性由于缩尺几何引出了物理相似的一系列问题，相似性准则是风洞试验的理论基础。

应该说明的是，由于模型的几何缩尺，导致部分物理现象不能准确反映，如雷诺数效应。

因此，在实际设计模型试验时，需要进行一系列权衡，确保主要问题能模拟即可。

（科学与艺术结合！）1.2 模型相似性在分析一切物理问题，特别是需要通过实验进行研究的问题时，通常需要确定一组无量纲的控制参数。

该组无量纲参数通常是根据描述所研究物理系统的偏微分方程得到的，用一个具有对应量纲的参考值遍除所有关键变量，使之无量纲化，于是得到大量的无量纲组合参数，它们就是控制系统的物理特性的因子。

如果这些控制参数组从一种情况（原型物）到另一种情况（模型）保持不变，则自然保证了相似性。

具体风洞试验相似性无量纲参数推导见下。

假设一个物体浸在流动的流体中，在物体上某处形成的作用力F 只是下列六个参数的函数：即密度ρ、流速V 、某个特征尺寸D 、某个频率n 、流体粘性系数μ和重力加速度g 。

即ξεδγβαμρg n D V F d= (1)式中：ξεδγβα,,,,,为待定指数。

桥梁结构的风洞测试与设计优化桥梁是现代社会不可或缺的基础设施之一，而桥梁的结构设计和建造对于保证其安全稳定至关重要。

在桥梁结构设计中，风荷载是一个重要的考虑因素，因为风力可能对桥梁产生很大的影响。

为了确保桥梁的可靠性和安全性，风洞测试成为一种重要的手段。

风洞测试是通过模拟真实风场环境来评估桥梁结构在风荷载下的性能的一种方法。

普通的风洞测试通常包括两个阶段：风洞模型制作和模型测试。

首先，根据实际桥梁结构的设计图纸，将其按照比例制作为风洞模型。

然后，将该风洞模型放置在风洞测试装置中，通过模拟风场的风速、风向等参数进行模型测试，获得风洞试验数据。

风洞测试的主要目的是通过测量桥梁结构在不同风速下的应力和变形情况，检验其在风荷载作用下的承载性能。

通过分析风洞试验数据，可以了解桥梁结构在不同风荷载下的响应特性，比如应力分布、位移响应等。

这些数据和分析结果可以为设计优化提供有效的参考。

设计优化是指通过改进结构设计来提高桥梁的性能。

根据风洞测试的数据和分析结果，可以发现桥梁结构中的一些不足和问题，比如在某些区域应力集中、某些构件受力过大等。

基于这些问题，我们可以采取一些设计优化措施，如增加结构强度、改善结构刚度等，以提高桥梁的抗风荷载能力和减小变形。

在设计优化中，结构材料的选用也是一个重要的方面。

不同的材料具有不同的特性，如强度、刚度等。

通过选用适当的材料，可以使桥梁结构更加坚固耐用，有利于提高其风荷载下的性能。

除了风洞测试和设计优化，考虑桥梁的施工因素也是不可忽视的。

在桥梁的施工过程中，需要考虑风荷载对施工的影响，特别是在悬索桥等大跨度桥梁的施工过程中，风力可能会对施工造成很大的干扰。

因此，在工程建设中，需要采取一些风险控制措施，如增加临时支撑、采用先进的施工技术等，以确保桥梁的安全施工。

综上所述，风洞测试和设计优化对于保证桥梁结构的安全稳定具有非常重要的意义。

通过风洞测试可以模拟真实的风场环境，评估桥梁结构在风荷载下的性能；设计优化则是根据风洞试验的数据和分析结果，改进桥梁结构设计，提高其抗风能力和减小变形。

风洞实验报告引言：风洞实验作为现代科技研究的重要手段之一，广泛应用于航空航天、汽车工程、建筑结构等领域。

本报告将围绕风洞实验的原理、应用以及相关技术展开探讨，旨在加深对风洞实验的理解和应用。

一、风洞实验的原理风洞实验是通过利用风洞设备产生流速、温度和压力等环境条件，对模型进行真实环境仿真试验的一种方法。

其基本原理是利用气体流动力学的规律，使得实验模型暴露在所需风速的气流中，从而通过测量模型上的各种力和参数来分析其气动性能。

二、风洞实验的应用领域1.航空航天领域风洞实验在航空航天领域有着广泛的应用。

通过风洞实验，可以模拟不同飞行状态下的风载荷，评估飞机、火箭等载体的稳定性和安全性，在设计和改进新型飞行器时提供可靠的数据支撑。

2.汽车工程领域风洞实验在汽车工程领域同样具有重要意义。

通过对汽车模型在高速风场中的测试，可以优化车身外形设计，降低气动阻力，提高燃油效率。

此外，风洞实验还可用于汽车内部气流研究，如车内空调流场、风挡玻璃除雾等。

3.建筑工程领域在建筑工程领域，风洞实验可以帮助研究风荷载对建筑物结构产生的影响，以提高建筑物的抗风性能。

通过模拟真实的气流环境，可以评估建筑物在不同风速下的应力、应变分布情况，为工程设计和结构优化提供依据。

三、风洞实验技术1.气流控制技术气流控制技术是风洞实验中必备的关键技术之一。

通过对风洞内流场进行合理设计和调整，可以实现不同速度、湍流强度和均匀度的气流条件，以保证实验的准确性和可重复性。

2.试验模型制作技术试验模型制作技术对于风洞实验的结果具有重要影响。

模型的准确度和还原程度直接关系到实验数据的可靠性。

现如今，各类先进材料和加工技术的应用，使得模型制作更加精准和高效。

3.数据采集和分析技术风洞实验所得数据的采集和分析是判断实验成果的关键环节。

当前，数字化技术的快速发展为数据采集和分析提供了强有力的支持。

传感器、图像处理等先进技术的应用，使得实验数据获取更为精确和全面。

桥梁抗风性能评估与风洞试验技术研究
桥梁建设是现代交通建设的重要组成部分，而桥梁抗风性能评估与风洞试验技术研究是保证桥梁安全稳定运行的重要保障。

桥梁在使用过程中，经常会受到风力的影响，尤其是在高海拔、大跨度、高墩高桥等特殊地形条件下，风力对桥梁的影响更为明显。

因此，桥梁的抗风性能评估与风洞试验技术研究显得尤为重要。

桥梁抗风性能评估是指对桥梁在不同风速、风向、风荷载下的结构响应及其稳定性进行分析和评价。

而风洞试验技术则是通过模拟不同的风场环境，对桥梁的抗风性能进行实验研究。

目前，国内外已经形成了一套较为完善的桥梁抗风性能评估与风洞试验技术体系。

其中，桥梁抗风性能评估主要包括理论分析和计算模拟两种方法。

理论分析方法主要采用有限元分析、振动理论、气动力学等手段，对桥梁在不同风荷载下的结构响应进行分析和评价。

而计算模拟方法则是利用计算机模拟不同风场环境下桥梁的结构响应和稳定性。

另外，风洞试验技术也是桥梁抗风性能评估的重要手段之一。

通过建立实验模型，在受到不同风荷载作用下进行实验研究，可以更加真实地模拟桥梁在不同风场环境下的结构响应和稳定
性。

同时，通过对实验结果进行分析和评价，可以为桥梁设计和抗风加固提供重要依据。

总的来说，桥梁抗风性能评估与风洞试验技术研究是保证桥梁安全稳定运行的重要保障。

只有通过不断的理论研究和实验探索，才能为桥梁建设提供更加可靠的技术保障和支撑。