风工程论文

浅析桥梁所受风的影响AbriefanalysisoftheinfluenceofthewindonthebridgeI摘要至2018年，相继有20多座桥因风的作用而受到不同程度的破坏。此外，还有一些桥梁因风的作用产生了强烈的振动，严重威胁到桥梁结构的疲劳寿命和行车安全。随着桥梁设计和施工水平的不断提高，现代大跨桥梁的跨径记录不断被刷新，如已建成的日本明石海峡大桥悬索桥跨度达到了1991m，我国正在建设中的最大跨度斜拉桥——沪通长江大桥跨径超越了千米大关，达到了1107m。进入21世纪以来，世界桥梁工程将进入跨海联岛工程建设的新时期，桥梁跨径将进一步增大，预计将突2000m大关甚至达到5000m。随着桥梁跨径的日益增大，结构趋于轻柔，阻尼减小，对风的作用更加敏感，风作用下桥梁结构的安全性已成为人们极为关注的重要问题，同时也给桥梁风工程研究带来更大的机遇和挑战。本文回顾了20世纪国内外桥梁风振理论及其控制方面的研究情况，并对21世纪桥梁风工程研究的重点问题进行了展望。关键词：风荷载；大跨度斜拉桥；涡激共振；桥梁抗风中图分类号：U448.27；TU311.3文献标识码：A文章编号：IIAbstract:By2018,morethan20bridgeshavebeendamagedbydifferentdegreesbecauseoftheeffectofwind.Inaddition,somebridgeshaveastrongvibrationcausedbythewind,whichseriouslythreatensthefatiguelifeofthebridgestructureandthesafetyofthedriving.Alongwiththebridgedesignandconstructionofthecontinuousimprovementofthelevelofmodernlong-spanbridgesspanrecordisconstantlyrefreshed,suchastheAkashikaikyobridgespansuspensionbridgehasbeenbuiltupto1991m,Chinaisbuildingthelargestspancable-stayedbridge,ShanghaiYangtzeRiverbridgespanbeyondthekilometermark,reached1107m.Sinceenteringthetwenty-firstCentury,theworldbridgeprojectwillentertheneweraofcrossseaislandconstruction.Thespanofbridgewillfurtherincrease,anditisexpectedtorushto2000morevento5000m.Withtheincreasingspanofbridges,thestructuretendstobegentle,andthedampingdecreases,whichismoresensitivetothewind.Thesafetyofbridgesunderwindactionhasbecomeanimportantissueofgreatconcern.Italsobringsgreateropportunitiesandchallengestobridgewindengineeringresearch.Inthispaper,theresearchonthetheoryandcontrolofbridgewindvibrationathomeandabroadintwentiethCenturyanditscontrolarereviewed,andthekeyproblemsinthestudyofthebridgebeamwindengineeringintwenty-firstCenturyareprospected.Keywords：windload，Longspancable-stayedbridge，Vortexinducedresonance，Bridgewindresistance目录引言.............................................................................................................................1第一章风荷载研究意义.............................................................................................11.1静风稳定性....................................................................................................21.2空气静力失稳................................................................................................21.3颤振................................................................................................................21.4抖振................................................................................................................31.5驰振................................................................................................................4第二章桥梁风振控制研究.........................................................................................52.1结构措施........................................................................................................62.2气动措施........................................................................................................62.3机械措施........................................................................................................72.4拉索的抗风减振措施....................................................................................7第三章一般大跨度桥梁的抗风减振措施.................................................................83.1动力抗风设计的目的.....................................................................................83.2改善桥梁的动力特性.....................................................................................8第四章桥梁风工程研究展望.....................................................................................94.1桥梁风振理论................................................................................................94.2数值风洞技术................................................................................................94.3超大跨径桥梁的抗风对策............................................................................9参考文献...............................................................................................................10-1-引言风对桥梁的作用是一个十分复杂的现象，它受到风的自然特性、桥梁的动力性能以及风与桥梁相互作用等3方面的制约。当风绕过一般为非流线型作用截面的桥梁结构时，会产生旋涡和流动的分离，形成复杂的空气作用力。当桥梁结构的刚度较大时，结构保持静止不动，这种空气力的作用只相当于静力作用。当桥梁结构的刚度较小时，结构振动受到激发，这时空气力的作用不仅具有静力作用，而且具有动力作用[1]。随着桥梁跨径的不断增大，结构质量越来越轻、结构刚度越来越小、结构阻尼越来越低，从而导致了对风致作用的敏感性越来越大。文章主要介绍悬索桥颤振、斜拉桥拉索风雨振和拱式桥涡振等方面的抗风技术挑战以及基础研究中的桥梁风振精细化分析方法。风荷载会引起桥梁发生抖振、涡激共振以及风雨振等一系列问题，本文根据目前对风工程的研究现状，分析桥梁在平均风和脉动风作用下产生的振动问题，并结合工程实例，考虑涡激共振对桥梁的影响，研究大跨度桥梁风致振动机理并探讨大跨度桥梁抗风设计原则及风致振动控制。第一章风荷载研究意义风对桥梁的作用是一种十分复杂的现象,它受到风的自然特性、结构的动力性能以及风与结构相互作用等三方面的制约。当风绕过一般为非流线型截面的桥梁结构时，会产生旋涡和流动的分离，形成复杂的空气作用力。当桥梁结构的刚度较大时，结构保持静止不动，这种空气力的作用只相当于静力作用。当桥梁结构的刚度较小时，结构振动受到激发，这时空气力的作用不仅具有静力作用，而且具有动力作用[2]。风的静力作用会引起结构的变形，导致桥梁结构的强度和静风稳定性问题。对于大跨径桥梁而言，除了考虑风的静力作用外，还必须考虑风的动力作-2-用激发的风致振动。桥梁的风致振动包括两大类:一类是当风速达到某一临界值时，桥梁振幅不断增大直至产生使结构毁坏的自激振动，它是一种发散振动，包括桥梁的颤振和矩形断面等钝体结构的驰振;另一类是限幅振动，它所引起结构的振幅有限，不会发散，但在低风速时经常发生，包括涡激共振和抖振等。此外，大跨径斜拉桥中的长拉索因风雨的作用也会发生较大幅度的振动。这些形式的风致振动不仅影响结构的变形和内力，他们可能使结构产生动力失稳破坏，降低结构的极限承载力。1.1静风稳定性所谓静风荷载作用，主要是指静力风荷载对桥梁结构产生的效应。它所造成的桥梁破坏的特点主要是强度破坏或过大的结构变形。在日本主跨为1991m的明石海峡大桥的抗风试验中发现，在静风作用下该桥的钢加劲桁架梁跨中产生了高达33m的横向位移。1.2空气静力失稳所谓空气静力失稳，是指结构在给定的风速作用下，主梁发生弯曲和扭转，这一方