《桥梁抗风基础》课件

桥梁风振概述
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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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❖ 大跨桥梁风致灾害
❖ 桥梁使用性能
桥名：伏尔加河桥 时间：2010年5月 风速：13~16m/s（6级风
）
• 桥梁抗风安全性
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• 目前国内外抑制斜拉索雨振的措施主要包括两类:
• 阻尼措施，即通过外加阻尼器增加系统的总体阻尼，从而达到减振、抑振 的作用；阻尼比要求大于0.35%即可（对数衰减率大于0.02）。
• 气动措施，即通过改变索的表面状态，使索的气动性能、亲水性能及索表 面水的流动性能发生改变，从而在本质上减弱或消除雨振的发生机制，常 用方法包括在索表面施加凹坑或螺旋线。凹坑易被灰尘添满而失去作用， 而螺旋线会增大拉索的气动阻力， 对于大跨度公路桥梁来说，索上风载 占比较大，因而受影响较大。
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1818-1840年风毁桥梁案例
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《桥梁抗风基础》风振概述
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•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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•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。
雨振动。名港西大桥观测到的最大风雨振动振幅达0.55
米，洞庭湖大桥的最大振幅也超过0.40米。
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风雨振动
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雨振特点：
1、雨振常发生在斜拉索表面为光滑时；其直径为范围为 80~200mm（也有文献认为在140~225mm），相应的雷诺 数范围为：6×104~2×105；
• 桥名：美国塔科马桥 • 时间：1940年11月 • 风速：19 m/s(8级风）
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❖ 拉索风雨振
桥名：日本名港西大桥 时间：1987年10月 风速：10m/s（5级风）
• 吊杆等局部构件
• 桥名：广东某桥 • 时间：2006年10月 • 风速：12m/s（6级风）
象。就目前的共识而言，认为风雨振动是指在一定风速
范围内，由于风、雨联合作用而引起的、处于一定姿态
的斜拉索的大振幅振动。下雨时当风的作用方向与斜拉
索的下坡一致时，在斜拉索的表面会形成上下两条通道， 雨日振本即名为港由西于大这桥些、通荒道津的大形桥成、，丹使麦斜法拉罗索桥的及截我面国变杨为浦对 空大气 桥动、力武不汉稳长定江时二所桥发、生南的京振 二动桥。、江西湖口大桥、鄂黄 长江大桥、洞庭湖大桥等的斜拉索的均出现过强烈的风
•涡振：大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种 风致振动。
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桥梁风振概述 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。
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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。
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•机械减振措施
加阻尼器（如TMD，磁流变阻尼器）。
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风雨振动是20世纪80年代才发现的一种斜拉索风致振动现
2、它是在风速为6~18m/s的范围内所发生的一种有限振动；
3、发生的频率处于3Hz以下的范围内；
4、结构阻尼增加后振幅减少，如附加对数衰减率为 0.02~0.03的结构阻尼后即可制振。
5、风雨振动易发生于位于平坦地区或跨海的桥梁上；
6、以面内振动为主；
7、斜拉索的水平偏角在30O～80O之间（也有文献认为在 20O～60O）；
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桥梁风振概述 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。
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•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。
桥梁风工程的进一步发展，有待于基本理论框架的新突 破。
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•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。
•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。
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•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。
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中南大学桥梁工程系
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武汉阳逻长江大桥成桥态
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安庆铁路长江大桥
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沪通铁路长江大桥
均匀流场《（桥梁抗成风基桥础》无车状态）
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沪通铁路长江大桥
紊流场（ 成桥无《车桥梁状抗风态基础》，模拟大气边界层） 27
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