桥梁风致振动-驰振

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。

悬索桥的风致振动及控制方法的探讨刘琳娜，何杰，王志春武汉理工大学，道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室，湖北武汉（430070）摘要：风对悬索桥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。

本文章就悬索桥的三个重要组成部分——梁体，主塔以及缆索各自的风致振动研究现状和控制方法进行了分析介绍，同时探讨了悬索桥应该进一步研究的风致振动方面的问题。

关键词：悬索桥，风致振动，振动形式，控制方法1. 引言悬索桥以其受力性能好、跨越能力大、轻型美观，抗震能力好，而成为跨越江河、海峡港湾等交通障碍的首选桥型。

由于桥梁是裸露于地球表面大气边界层内的建筑物，不可避免的会受到风的作用。

而且随着桥梁理论的不断完善和施工技术的不断提高，桥梁结构型式向轻型化、长大化发展[1]，这就使风对桥梁的作用更加明显。

风荷载逐渐成为悬索桥设计的主要控制荷载。

然而，桥梁界对风对桥梁的作用的认识是在惨痛的历史教训中总结发展的。

据不完全统计，18世纪以来，世界上至少有11座悬索桥由于风的作用而毁坏[2]。

直到1940年秋，美国华盛顿州建成才4个月的Tacoma吊桥在不到20 m/s 的8级大风作用下发生破坏才引起了国际桥梁工程界和空气动力界的极大关切。

目前，世界上已修建的最大跨度的悬索桥为日本的明石海峡大桥，其主跨跨度已达到1990m，而一些跨度更大的特大跨悬索桥，如Messina海峡大桥、Gilbralter海峡大桥也己先后提上议事日程。

随着我国经济的迅速发展，桥梁建设事业也得到了飞速发展，我国也己成功修建了汕头海湾大桥、广东虎门大桥、西陵长江大桥和江阴长江大桥等多座悬索桥，尤其江阴长江大桥跨度达到1385米，进入世界前列；目前还有多座大跨悬索桥在规划中，如珠江口伶仃洋跨海工程、杭州舟山大桥等。

因此，二十一世纪中国的桥梁事业将有更崭新的发展。

随着悬索桥跨度的增加，结构刚度和阻尼显著下降，因此对风的作用更为敏感，从而抗风设计已逐渐成为大跨悬索桥设计中的控制因素。

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。

【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]。

解释结构风致驰振现象
结构风致驰振是指在某些特定的条件下，结构体系中存在的一种自激
振动现象。

这种现象通常发生在某些特定频率范围内，而且会随着结
构体系的变化而变化。

结构风致驰振的产生原因主要是由于结构体系中存在某些不稳定性因素，例如流体动力学效应、气动效应、地震效应等。

当这些因素达到
一定程度时，就会引起结构体系中的自激振动，并且会随着时间的推
移而逐渐增强。

对于工程实践来说，结构风致驰振是一种非常危险的现象。

它不仅会
导致建筑物或桥梁等结构物的破坏，还会给人们带来极大的安全隐患。

因此，在设计和建造过程中需要采取一系列措施来避免或减少这种现
象的发生。

其中最常见的解决方法是通过改变结构体系的几何形状和材料性质来
调整其固有频率。

此外，在设计过程中还需要考虑到流体动力学效应、气动效应等因素，并进行相应的计算和模拟。

同时，对于已经建成的
结构体系，还需要进行定期的检测和维护，以确保其安全性能。

总之，结构风致驰振是一种常见的自激振动现象，对于工程实践来说
具有重要的意义。

在设计和建造过程中需要采取一系列措施来避免或减少这种现象的发生，并定期进行检测和维护。

刍议大跨径悬索桥抗风问题及风振措施摘要：随着现代桥梁技术的不断提升，大跨径悬索桥的应用越来越多，跨径记录也被不断打破。

悬索桥相对于其他结构形式的桥梁而言，其更容易受到风力的影响，尤其是对于大跨径悬索桥而言，风力作用下引起的各种振动对于桥梁的稳定性会造成极大的影响。

因此，如何提升抗风问题成为了大跨径悬索桥在设计时的重点问题。

文章对悬索桥进行了详细的风振分析，并在此基础上对如何提升大跨径悬索桥抗风能力展开了讨论。

关键词：悬索桥，风振，桥梁稳定性前言在所有桥梁结构中，悬索桥的跨越能力是最突出的，在跨江、跨海、跨山谷等方面有重要的应用。

这种桥梁结构主要依赖于缆索支撑体系，因此其非线性特性非常明显。

正是由于这种特性，因此其在风力荷载的作用下动力响应问题也相较于其他结构桥梁更加明显。

在早期的悬索桥设计中，由于对风载作用的考虑不够全面，因此设计出来的桥梁安全性存在明显的缺陷，引发了众多安全事故，造成了极大的经济损失和人员伤亡。

因此，当前悬索桥设计时尤其是大跨径悬索桥设计的过程中，相关人员非常重视桥梁的抗风问题。

文章以悬索桥风振类型出发，对桥梁自身的结构特征风载响应特征进行了归纳，并在此基础上提出了若干风振减弱措施，强化大跨径悬索桥的抗风设计方法和内容。

1.悬索桥风振分析从结构上来看，悬索桥是一种柔性结构，在风力荷载的情况下，其受力情况和振动方式具有多变性。

在经过了长期的实验探究后，人们对这种柔性结构的振动现象有了较深刻的认识。

并根据各种振动的特性制定了具有针对性的控制措施，具体如下：1.1 抖振抖振的本质是一种结构性强迫振动，其引起的原因是脉动风。

这种振动引起的原因可以概括为两种：（1）风本身的不规则性使得气流的方向和速度较为紊乱，这种紊乱的气流直接作用在桥梁结构上，引起的强迫性振动。

（2）在桥梁周围存在山体、建筑等，气流流经这些遮挡物时产生了紊乱的气流，这些气流简介作用在桥梁结构上，引起强迫性振动。

从振动的幅度上来看，由于抖振的起因是紊乱的气流，其方向是多变的，不会有明显的方向性，因此引起的桥梁振动幅度较小，一般不会直接给桥梁造成非常严重的结构性破坏，但是可能使得桥梁的部分结构变形，影响桥梁上通行人员的舒适度。

浅谈桥梁结构的风振控制现代桥梁结构趋于轻、柔的特点给结构本身抗风抗震性能提出了考验。

由此可见，通过对大跨度桥梁的抗风问题进行理论研究，采取有效的措施把风对桥梁的危害控制在容许范围内，具有十分重要的理论价值和实际意义。

上世纪80年代以来，桥梁风振控制理论研究发展迅速，并且得到了实际应用。

随着大跨度桥梁的普遍兴建和高效能建桥材料的广泛应用，现代桥梁的结构形态逐渐向大跨、轻、柔方向发展。

虽然这对于美观及经济性方面是有益的，但是却给结构设计、施工甚至运营提出了更高更严格的要求。

大跨度桥梁作为生命线工程的重要组成部分，在政治、经济领域占据着重要的地位，对于它们的安全性应给予格外的重视。

现代桥梁结构趋于轻、柔的特点给结构本身抗风抗震性能提出了考验。

随着大跨度柔性桥梁的出现，风荷载往往成为结构上的支配性荷载。

风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的。

风在行进中遇到结构，就形成风压力，使结构产生振动和变形。

桥梁受风力的作用后，结构物振动与风场间产生的互制现象—空气弹力效应所引起的气动力不稳定现象机率大为增加，强风、弱风都有可能使之整体或局部产生损坏。

例如，1940年11月7日，美国华盛顿州建成才4个月的老塔科马(Tacoma)悬索桥(主跨853m)仅在8级大风作用下就发生强烈的风致振动而破坏的严重事故。

该事件促使了桥梁工程界对结构风致振动的研究，并由此发展了一门新的学科—桥梁风工程学。

近几年来，随着我国大跨度桥梁的建设，桥梁风害也时有发生，江西九江长江公铁两用钢拱桥吊杆的涡激共振；上海杨浦大桥斜拉索的涡振和雨振损坏套索等。

由此可见，通过对大跨度桥梁的抗风问题进行理论研究，采取有效的措施把风对桥梁的危害控制在容许范围内，具有十分重要的理论价值和实际意义。

2、桥梁结构的风致振动桥梁结构风致振动可分为两大类：一类为限幅振动，主要包括抖振和涡激振；另一类为发散性振动，主要包括驰振和颤振。

桥梁的抖振是指桥梁结构在紊流场作用下的随机性强迫振动。

解释结构风致驰振现象1. 简介1.1 什么是结构风致驰振结构风致驰振是指结构在受到风力作用时，由于共振效应而导致的高幅度振动现象。

常见于高层建筑、桥梁、烟囱等结构物上。

结构风致驰振会对结构物的安全性和使用寿命造成不利影响，因此对其进行研究和控制具有重要意义。

1.2 驰振的产生原因驰振的产生主要取决于以下几个因素： 1. 结构物的固有频率和阻尼比：当固有频率与风速频率接近或相等时，共振效应会使振动增大；阻尼比过小时，振动会积累导致驰振。

2. 风速的分布和强度：风速分布不均匀会导致结构物在不同部位受到不同风力作用；高风速会增大结构物的风载荷。

3. 结构物的几何形状和刚度分布：结构物的几何形状和刚度分布会影响结构的固有频率和模态形态，从而影响驰振现象的发生。

2. 结构风致驰振的机理2.1 风力作用结构风致驰振的发生是由于风力作用引起的。

风是空气在空间中流动产生的现象，具有力学作用。

当风吹过结构物时，会对结构物产生风载荷，从而引起结构变形和振动。

2.2 共振效应结构物的振动是由于风力作用引起的，风力作用与结构物的固有频率相互耦合，导致结构物发生共振效应。

当风速频率接近或与结构物的固有频率相等时，共振效应会使结构物的振动幅度增大。

2.3 驰振与阻尼阻尼是指结构物振动的能量损耗。

适当的阻尼可以减小结构物的振动幅度，降低驰振的发生。

过小或过大的阻尼都会对结构的稳定性产生不利影响。

3. 结构风致驰振的影响3.1 安全性问题结构风致驰振的振动幅度较大，可能导致结构受力过大，进而引起疲劳破坏或甚至倒塌。

这对结构物的安全性提出了严峻的要求。

3.2 使用寿命问题结构物受到风致驰振的影响，其使用寿命会受到缩短。

频繁的驰振会加速结构物材料的老化和疲劳破坏，导致使用寿命的减少。

3.3 运行稳定性问题结构风致驰振的存在会影响结构物的运行稳定性，对结构物正常的使用和维护带来困难。

4. 结构风致驰振的防控措施4.1 结构设计阶段在结构设计阶段，可以通过以下方法进行结构风致驰振的防控： 1. 合理确定结构物的固有频率和阻尼比：通过优化结构的几何形状和材料选择，调整结构物的固有频率和阻尼比，使其远离激励频率，减小驰振的可能性。

特殊地区大跨径桥梁风致振动控制新方法、新技术及工程应用一、概述随着交通基础设施建设的快速发展，大跨径桥梁在山区、峡谷等特殊地区的建设需求日益增加。

这些地区复杂的风环境对桥梁的稳定性和安全性构成了严重威胁，因此，研究大跨径桥梁的风致振动控制方法显得尤为重要。

本文将介绍一种新型的风致振动控制方法、技术及其在特殊地区大跨径桥梁工程中的应用。

二、风致振动控制方法本文提出一种基于主动控制策略的风致振动控制方法。

该方法通过在桥梁上安装传感器和作动器，实时监测桥梁的振动状态，并通过智能算法快速调整作动器的输出，以抑制桥梁的振动。

这种方法能够有效地减小风对桥梁的影响，提高桥梁的稳定性和安全性。

三、风场模拟与模型验证为了验证所提出的风致振动控制方法的可行性和有效性，我们进行了风场模拟和模型验证。

通过建立风场模型，模拟不同风速、风向和湍流度下的风环境，并对模型进行测试和分析。

实验结果表明，所提出的风致振动控制方法能够有效减小桥梁的振动幅度，提高其稳定性。

四、主动控制策略研究为了实现高效的振动控制，我们研究了主动控制策略。

通过建立动力学模型和优化算法，实现了对作动器的快速调整，以达到最佳的控制效果。

同时，我们还研究了多种控制策略的优缺点，为实际工程应用提供了参考。

五、新型减振装置设计与应用为了实现大跨径桥梁的风致振动控制，我们设计了一种新型减振装置。

该装置具有结构简单、安装方便、减振性能优良等特点。

通过在桥梁上安装这种减振装置，可以有效地减小风对桥梁的影响，提高其稳定性和安全性。

在特殊地区的大跨径桥梁工程中，该减振装置具有广泛的应用前景。

六、工程案例分析与实践为了进一步验证所提出的风致振动控制方法、技术和新型减振装置的实际效果，我们选取了某特殊地区的一座大跨径桥梁作为工程案例进行分析和实践。

通过对该桥梁进行实地监测和分析，结果表明，所提出的方法和装置能够有效减小风致振动，提高桥梁的稳定性和安全性。

同时，该工程案例的成功实践也为类似工程提供了借鉴和参考。