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[ 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。

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。

大型索塔桥梁的风洞试验摘要：随着桥梁工程施工技术和材料科学的发展,现代桥梁结构不断向大、轻、柔方向发展。

桥梁结构对风的作用更加敏感,风产生的升力和推力或扭转力矩导致结构产生的弯曲和扭转振动问题也越来越受到重视。

本章主要对大型索塔桥梁的风洞试验进行了探讨。

关键词：索塔桥梁；风洞；实验方法风灾是最常见、最严重的自然灾害之一，风对人类的危害，有相当一部分是通过对结构物的破坏而产生的，大量研究表明，跨度结构、高耸结构和超高层建筑都是典型的风敏感结构，风力的影响是控制其设计的最主要的因素，必须给予足够的重视，并进行充分的研究。

由此看来，对于大型桥梁也必须进行风洞试验。

风洞就是用来研究空气动力学的一种大型试验设施。

1风洞试验的意义风洞其实不是个洞，而是一条大型隧道或管道，里面有一个巨型扇叶，能产生一股强劲气流。

在风洞中安置桥梁模型，研究气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际桥梁的空气动力学特性的一种空气动力实验方法。

一座大型塔索的斜拉桥，一般来说，跨度较大，索塔较高，主梁桥面会较宽。

这种桥型的结构特点对纵向、横向风荷载甚为敏感，有时尽管主梁顶板与底板相差较大，致使导风角（风嘴、腹板倾角）会较小，对抗风有利，设计中也会考虑一些其它抗风减振措施（如设置阻尼装置），并进行了相关的一些计算，但为了安全保险起见，一般讲来还是应对施工状态和成桥状态的桥塔、主梁，斜拉索及全桥进行相应的风洞试验及分析，以掌握大桥的抗风性能和可能的减振措施，确保桥梁的抗风稳定性。

因此，风洞试验还是必须进行的。

据了解，现在绝大部分的索塔桥都坚持做了风洞试验，但也不排除少数的建设单位，限于工程投资的短缺，仅要求设计单位进行较细致的抗风振计算，而省略了风洞试验这一工作。

但我们认为，理论计算的建模，多有理想化的简化和假设，程序设计上也有误差，其计算结果与实际情况有不同程度的出入，其可信度可能不如试验结果。

在风洞试验中，测出桥梁的阻力，升力和扭矩系数后，便可确定桥梁的驰振稳定性，如果升力曲线出现了负斜率值，则桥梁的驰振稳定性不满足要求。

21世纪特大跨径桥梁的展望随着世界经济的快速发展，大跨径桥梁的建设在20世纪末进入了一个高潮时期。

从表一和表二看，前十位的斜张桥都是90年代建成的，就是已有一百多年历史的悬索桥前十位的大部份是在80-90年代建造的。

目前的桥梁技术已经能较好的解决现存问题，但是桥梁跨度不断增大，向着更长、更大和更柔方向发展，为了保证桥梁的可靠性、耐久性、行车舒适性和施工简易性还有大量的工作要做。

一、二十世纪发展水平从1883年建成美国布鲁克林桥（主跨488米），近代悬索桥已有约120年的历史，特别是1940年美国塔可马旧桥被不大的风速吹毁，大力研究桥梁风致振动问题以来悬索桥有了很快的发展。

1964年建成的塞文桥首先采用了流线型的扁平钢箱梁，它抗风性能好、重量轻、制造简便、其造价比桁架梁少15%、维护费用低。

图1流线型的扁平钢箱梁1970年建成的丹麦小海带桥，采用了箱梁内部的空气干燥装置，起了很好的防腐作用。

对于公铁两用的双层桥面仍用钢桁架结构，1997年建成的香港青马桥，在桁架两侧还装有不锈钢风嘴，并且在横断面中心处留有通风通道，减少主梁上下气压不平衡，防止升力和升力矩过大，对于提高风动稳定性有很大的好处。

图2青马大桥加劲梁1959年建成的法国坦卡维尔桥首次采用中间铰和中边跨连续加劲桁架的方法，提高了整体刚度和防止跨中短吊索疲劳破坏。

采用与不采用中间铰的方法，我们在千米跨度以上的大桥做了初步比较，活载挠度减少约7％，梁端水平位移减少7-8cm。

1998年建成的丹麦大海带桥为了控制纵向位移采用了大型阻尼器约束。

减少施工和运营期主梁和塔的振动影响。

在诺曼底桥、明石大桥、来岛大桥等都采用了调质阻尼器等抑振装置，起了很大的作用。

图3TMD装置示意图在主缆架设上日本首创采用预制平行钢丝索股法（PPWS），大大提高索股架设质量和速度，江阴长江大桥主缆孔隙率达到了16.6%。

由于1994年发现日本濑户大桥主缆钢丝在五年内发生锈蚀，日本采用了主缆干燥方法。