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大跨度桥梁颤振后状态气动稳定性

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ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ８ － ２ ７ ２ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ ． ０ ０ ３
大 跨 度桥 梁 颤 振 后 状 态 气 动 稳定 性
王 骑， 廖海黎 ， 李明 பைடு நூலகம்， 马存 明
（ 西南交 通大学风工程试验研究 中心 ， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ）
第４ ８卷
第 ６期
西
南
交
通
大
学
学
报
Ｖｏ １ ． ４８ Ｎｏ ． ６
２ ０ １ ３年 １ ２月
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ ＯＦ Ｓ ＯＵＴ ＨＷ Ｅ Ｓ Ｔ Ｊ Ｉ ＡＯＴ Ｏ ＮＧ ＵＮ Ｉ Ｖ ＥＲＳ Ｉ Ｔ Ｙ
Ｄｅ ｃ ．２ ０ １ ３
文章编号 ： ０ ２ ５ ８ － ２ ７ ２ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ － ０ ９ ８ ３ － ０ ６
摘
要： 为 了能对 大跨 度桥梁颤振后 主粱 的运 动形 式给出合理解释 ， 选取 大振幅下流 线型箱梁 断面 的 ４种 典型
非线性气动力 工况 ， 基 于非线性气 动力和非线性振 动微分方程 ， 应用 四阶龙格 一 库塔算法 ， 分析 了大跨 度桥梁主 梁在 大振幅条件下 的气 动稳定性 ．结果表 明 ： 大跨度桥梁 主梁在颤振后 的不 同振幅和折 算风速 条件下 可出现不 同的运动形式 ； 若气 动力仅做负功或负 功显 著大于正功 ， 主梁振 动将 收敛 ； 若气动力仅做 正功或正功显著 大于负
ｌ ｏ ｎ ｇ ・ ｓ ｐ ａ ｎ ｂ ｉ ｒ ｄ ｇ ｅ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｂ ｉ ｒ ｄ ｇ ｅ ｇ ｉ ｒ ｄ ｅ ｒ ｗａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｎ
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中图分类号 ： Ｖ ２ １ １ ． ２ ４ 文献标志码 ： Ａ
Ａｅ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎａ ｍｉ ｃ Ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｌｏ ｎ ｇ— Ｓｐ ａ ｎ Ｂｒ ｉ ｄｇ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｐｏ ｓ ｔ Ｆｌ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ
Ｗ Ａ Ｎ Ｇ Ｑ ｉ ， Ｌ Ｉ Ａ Ｏ Ｈ ａ ｉ ｌ ｉ ， Ｌ Ｉ Ｍｉ ｎ ｇ ｓ ｈ ｕ ｉ ， ＭＡ Ｃ ｕ ｎ ｍｉ ｎ ｇ
功， 主梁振动将发散 ； 若气动力做 的正 负功相当 ， 主梁 振动将 由于结 构阻尼缓 慢 收敛 ； 若 气动力 正功 与相同周 期
内结构 消耗的能量相等 ， 主梁将发生等幅振动 ； 若不考虑气动力 的非线性项 ， 桥梁振动可能发散 ． 关键 词 ： 颤振后 ； 非线性微分方程 ； 四阶龙格． 库塔算法 ； 非线性气动稳定性

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大跨度桥梁的风致振动现象

大跨度桥梁的风致振动现象

充分条件： 必要条件： 驰振临界风速计算公式：
其中CL和CD为升力系数和阻力系数，需要通 过静力三分力风洞试验获得。
涡振
限幅振动 影响使用
常遇风速 需要控制
Stronhal数及“锁定”现象
St

fd U
发生涡激共振的结构 的对旋涡的脱落会产
生一种反馈作用，使
旋涡脱落频率在一定
的风速范围内被“俘
获”或“控制”（保
全桥气弹 模型试验
研究大跨度桥梁运营态和典型施工态的 气动弹性行为，包括颤振临界风速，脉 动风作用下桥梁的抖振响应。
桥位处风 环境试验
通过在风洞中模拟实际桥位处的风环境， 获取桥位风场特性，为桥梁的抗风设计提 供必要的风场参数。
风洞介绍（直流风洞）
进气口
第一试验段
三元收缩段
第二试验段 动力段
第一稳定段
XNJD-1风洞建于1989年，为双试验段的回流风洞。 XNJD-2风洞建于2002年，为斜拉索风雨振专用风洞。 XNJD-3风洞建于2008年，为世界第一大的边界层风洞。
表示脉动风速与抖振力之间的转换函数，称 为气动导纳函数，用来修正桥梁断面周围紊流的 非定常性和不完全相关性。对于不同的桥梁断面， 气动导纳是不同的，需要通过风洞试验测定。
斜拉索风雨振
一定的风速 一定的雨量 一定的拉索
损坏拉索 必须避免
风雨振的减振措施
常规的桥梁风洞试验
主梁节段 测量桥梁断面气动力参数，测量主梁的 模型试验 风致振动，主梁断面的气动选型。
桥梁的自激气动力
运动产生 折算风速 颤振导数
颤振
发散振动 灾难性的
必须避免
桥梁颤振风速的计算公式
Von der Put 公式
大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性分析

大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性分析

大跨度斜拉桥颤抖振响应及静风稳定性分析一、本文概述随着交通工程技术的不断发展和创新，大跨度斜拉桥作为现代桥梁工程的重要代表，其在桥梁建设领域的应用越来越广泛。

然而，随着桥梁跨度的增大，其结构特性和动力学行为也变得越来越复杂，尤其是在强风作用下的颤抖振响应和静风稳定性问题，已经成为桥梁工程领域研究的热点和难点。

本文旨在针对大跨度斜拉桥的颤抖振响应及静风稳定性进行深入的分析和研究，以期为提高大跨度斜拉桥的设计水平和安全性提供理论支持和实践指导。

本文首先将对大跨度斜拉桥的结构特点和动力学特性进行概述，阐述其在强风作用下的颤抖振响应机制和静风稳定性的基本概念。

接着，本文将详细介绍大跨度斜拉桥颤抖振响应的分析方法，包括颤振机理、颤振分析方法以及颤振控制措施等。

本文还将探讨大跨度斜拉桥的静风稳定性分析方法，包括静风稳定性评估方法、静风稳定性影响因素以及静风稳定性控制措施等。

本文将结合具体工程案例，对大跨度斜拉桥的颤抖振响应及静风稳定性进行实例分析，以验证本文所提分析方法的有效性和实用性。

本文的研究成果将为大跨度斜拉桥的设计、施工和运营提供有益的参考和借鉴，对于提高我国桥梁工程的设计水平和安全性具有重要的理论意义和实践价值。

二、大跨度斜拉桥颤抖振响应分析大跨度斜拉桥作为现代桥梁工程的重要形式，其结构特性和动力行为是桥梁工程领域研究的重点。

颤抖振，作为一种常见的桥梁振动形式，对桥梁的安全性和使用寿命有着重要影响。

因此，对大跨度斜拉桥的颤抖振响应进行深入分析，对于优化桥梁设计、确保桥梁安全具有重要的理论价值和实际意义。

在颤抖振分析中，首先要考虑的是桥梁结构的动力学特性。

大跨度斜拉桥由于其特殊的结构形式，其动力学特性相较于传统桥梁更为复杂。

在风的作用下，桥梁的振动会受到多种因素的影响，包括桥梁自身的结构参数、风的特性以及桥梁与风的相互作用等。

因此，在进行颤抖振分析时，需要综合考虑这些因素，建立准确的动力学模型。

要关注颤抖振的响应特性。

利用摆式动态吸振器改善大跨度悬索桥的抗风稳定性[1]

利用摆式动态吸振器改善大跨度悬索桥的抗风稳定性[1]


由式 ( 4) 可以确认 , 等效极惯性矩比与 PG 之间的 距离 l 1 的平方成正比 。而且 , 在圆轨道型动态吸振器 的圆轨道固定在加劲梁上方 l 的位置时 , 式 ( 4) 中的 l 1 可由 l + l 2 求得 ,因此 ,动态吸振器的安装位置越高 ,其 等效极惯性矩比 μe 越大 ,减振性能也就越高 。 2. 2 含摆式动态吸振器的悬索桥颤振分析 本节中用挠曲和扭转 2 自由度系表示桥梁振动 ,叙 述该系安装摆式动态吸振器的情况 。分析模型可用加 在图 1 模型的挠曲自由度 y 、 相对于该自由度的刚性 kη ,以及分别赋于挠曲和扭转方向的结构衰减 c c η、 θ ,共 计 3 自由度的运动方程式来描述 。这时 ,垂直变位用梁 φ 的各变 宽 B 表示 ,无因次化而用 η表示 ,假定 η及θ、 位很小 ,最后 ,运动方程式可表示为 :
使用 2 自由度弹簧支承模型进行风洞试验 ,以验证 摆式动态吸振器的有效性 。试验使用的桥梁截面模型 缩小比例为 1/ 109 ,其参数为 : 梁宽 B = 0. 352 m ,质量 m = 4. 05 kg ,极惯性矩 I = 4. 51 × 10 - 2 kgm2 / m 。挠曲和扭 转频率分别为 1. 34 Hz 、 2. 39 Hz , 对数衰减率分别为
0. 024 、 0. 015 。图 5 为动态吸振器和模型的示意图 。动 态吸振器的质量 m d 为 200 g ( 质量比 5 %) ,桥梁中心和
质量中心的距离 l 设定为 30 mm 。其固有频率由摆的 悬吊长度调整 ,衰减由安装在吸振器的磁铁在框架上的 铝板发生的涡流减振力来提供 。
图5 桥梁试验模型和摆式动态吸振器 图4 各种动态吸振器
I + m d ( l2 - l1 ) m d l2 ( l 2 - l1 )
大跨度桥梁涡致振动效应、原理及气动控制措施

大跨度桥梁涡致振动效应、原理及气动控制措施

大跨度桥梁涡致振动效应、原理及气动控制措施大跨度桥梁涡致振动效应是指由于桥梁结构内部涡旋的存在而引起的振动现象。

这种振动现象常常出现在大跨度桥梁的设计和施工阶段,会对桥梁的安全和健康产生不利影响。

涡致振动效应的原理是由于桥梁结构内部存在着微观的涡旋,这些涡旋会产生自旋力,使得桥梁结构在自旋力的作用下振动。

这种现象与声波传播类似,当一个物体发生自旋时,它会产生一个声源,并通过声发射和传播引起周围物体的振动。

大跨度桥梁涡致振动的影响因素包括桥梁本身的设计、施工和维护等因素。

桥梁设计时需要充分考虑涡致振动效应的影响,采取相应的措施来减少涡致振动的频率和振动幅度。

在桥梁施工过程中,需要对桥梁结构进行严格的测试和评估,及时发现并解决潜在的问题。

在桥梁维护期间,需要进行定期的监测和修理,以确保桥梁的稳定性和安全性。

为了控制大跨度桥梁涡致振动,可以采取以下几种气动控制措施:
1. 采用弹性元件:在桥梁结构内部嵌入一些弹性元件,例如弹性块或弹性杆件,减少桥梁结构的振动幅度和频率。

2. 采用阻尼器:在桥梁结构两端设置阻尼器,减少振动的传播和放大。

3. 采用滤波器:通过在桥梁结构内部安装滤波器,控制振动的频率和幅度。

4. 采用自适应控制:根据桥梁结构的实际情况,采用自适应控制算法,实时调整桥梁结构的气动控制措施,以达到更精准的控制效果。

大跨度桥梁涡致振动效应是一种普遍存在的现象,需要采取相应的控制措施来降低它对桥梁健康和安全的影响。

采取科学合理的方法,可以使大跨度桥梁涡致振动得到有效控制,确保其安全和使用寿命。