桥梁结构风致振动及其控制措施分析研究

构 的 变形 ， 终导致 结构 失稳 。 最 风 的静 力 失 稳 效 应 是 人 类 很 早 就认 识 到 的 问
分， 桥梁一旦遭受风灾影响造成损伤或破坏 ， 带来 的 后果将十分严重 。而近年来 由风荷载作用引起的结 构 破坏 亦屡 见不 鲜 。因此 ， 过 对 大跨 度 桥 梁 的抗 通
都低 于静 力失 稳 的发散 风速 ， 而对 静 风 荷载 作 用 因 下 大跨 径桥梁 极 限承载力 问题 的研 究开 展较 晚。２ ｏ
世纪 ７ ０年代之后 ， 才在许多风洞试验 中发现了静力 扭 转发 散 的现 象 。静 风失 稳现 象发 生给 未来超 大跨 径 的缆 索承重 体系桥 梁结 构 的空气 静力稳 定性发 出 了警戒信号。大跨度桥梁的空气静力失稳 问题亦逐 渐 引起 了各 国桥梁界 的重 视 ， 目前还不 完善 。 但
合 国的统 计 资 料 指 出 ： 约 半 数 以上 的 自然 灾 害 与 “ 风有关 ”… 。作 为 城 市 生 命 线 工 程 的重 要 组 成 部
平 均 风所 产 生 的静 荷 载 简称 静力 风荷 载 ， 风 静
荷 载有 可能导 致结构 静力 失稳 。其 现象 就是结构 在
给定风速作用下， 主梁发生弯曲和扭转 ， 会改变结构 的刚度 ， 亦会 改变静 风荷 载 的大小 ， 并在 同时增 大结
从 工程 抗 风设 计 角度 ， 以把 自然 风 分解 为 不 可 随时 间变化 的平 均风 和随 时间变 化 的脉动风 两部 分 来进行 分 析 Ｊ 。平 均风 是 在 给 定 的 时 间 间隔 内 ， 将
益 ， 同时也 给结 构设 计 和 施 工安 全 提 出 了更 高 的 但
要求 ， 桥梁 的抗 风抗 震 性 能也 面临 前 所 未 有 的考 而
关键词 ： 桥梁 ； 风致破坏 ； 制措施 ； 控 失稳
中 图 分 类 号 ：４ １ Ｕ ４
随 着我 国交通 基 础 建设 的迅 猛 发 展 ， 越 江 海 跨 的大 跨度 桥梁数 量也 逐 渐增 多 ， 梁 向大 跨 、 、 桥 轻 柔
方 向发展 。这 种趋 势在美 观及 经济性 方面 均较 为有
验。
大跨 度柔 性桥梁 的出现使得 风 荷载成 为结 构 的
支配 性 荷载 ， 梁受 风荷 载作用及其他物理量都看成 方 不 随时 间改变 的量 ， 然这 部分 风 的本 质是 动力 的 ， 虽 但其作用与静力作用相近 ， 可认为其作用相 当于静 力 。脉动 风是 由风 的不 规 则 性 引起 的 ， 强 度 随 时 其
较高 ， 可能会引起结构 的疲劳 ， 过大的抖振振幅会引
起行人的不舒适感 ， 甚至危及桥梁上高速行车 的安 全 【 。根据 现有 的研究 成果 ， 振 虽 然 不像 颤 振 那 ３ 】 抖
第 ２ 期 ３
杨星波等： 桥梁结构风致振动及其控制措施分析研究
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样 会引起 灾难 性 的 失稳 破 坏 ， 是 过 大 的抖 振 响应 但 在桥 梁施 工期 间 可 能危 及 施 工 人 员 和 机 械 的安 全 ，
变或调整结构的动力特性或动力作用。当结构受到 风荷 载 激励 时 ， 这些 控 制 系 统 被 动或 主动 地 施 加 一
第２ ６卷 第 ２ ３期 ２１ ０ ０年 １ ２月
甘肃科 技
Ｇａ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈｎ ｌ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｏ
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桥 梁 结构 风 致 振 动 及 其 控 制措 施 分 析 研 究
杨 星波， 陈
问随机 变化 ， 其作 用 性 质 完 全是 动 力 的。下 面将 从 静 力 和动力 两个方 面对 桥梁 结构 中常见 的振 动问题
及 研究 情况进 行介 绍 。
１ １ 桥 梁风 致静力 失稳 ．
场 间产 生 的互 制 现 象 （ 气 弹力 效 应 ） 引 起 的气 空 所
动力不稳定现象机率大为增加。无论是强风或是弱 风都有 可 能使结 构 的整体 或 局 部产 生 破 坏 ， 之 桥 加 梁受风作用比震 害更具有频繁性 ， 使得桥梁结构 的 抗 风 问题 显得尤 为 突出 。 国 际著名 的风 工 程 专 家 Ｄ ｖｎｏ ａｅｐ￣教 授 援 引 联
１２ 风 对桥 梁的动 力作 用 ．
１ 桥 梁结构 的风致破坏
近几年来 ， 随着我国大跨度桥梁的建设 ， 桥梁风 致 灾 害也 时有发 生 ， 广东 南 海 九 江公 路 斜 拉 桥 在 如
施 工过 程 中 ， 吊机被 大 风 吹倒 ， 坏 主 梁 ； 砸 江西 九 江
般情况下 ， 桥梁在脉动风荷载作用下会发生 限 幅振动— —抖 振或 涡激振 动 。抖振 是指 大气 中 的
风 问题 进行 理论 研 究 ， 取 有效 的措施 减小 桥 梁 在 采 施工 和成 桥状态 下 的风致 振 动 ， 风对 桥梁 的危 害 把 控制 在容 许范 围 内 ， 有 十 分重 要 的 理论 价 值 和实 具 际意 义。 ‘
题， 但是 由于大跨径桥梁结构的颤振 临界风速一般
摘
剑
（ 西安市 市政设施 管理 局 ， 陕西 西安 ７０ １ ） １０ ６
要： 由于近年来逐渐增多的大跨 度结 构具 有轻柔的特点 ， 其抗 风性能亦 面临着前 所未有 的考 验。总结 了桥 梁结
构通常会 出现 的风致振动 ， 并论述 了相应 的结构振 动控制措施 ， 以期对大跨度桥梁结 构的建设 有一定的参考意义。
一
长江公铁两用钢拱桥吊杆 的涡激共振现象 ； 上海杨 浦 大桥 斜拉 索 的涡振 和风雨 振等 。从世 界各 国的毁
桥 事故 中吸取教 训 。 视桥 梁 抗 风 的设 计 以做 到 防 重
患于未 然是 如今 的桥 梁建设 者必 须面对 的 问题 。
紊流成分所激起的结构 强迫振动 ， 由于其发生频率