桥梁风荷载计算-公规院

2005-12-1桥梁风荷载计算报告人：刘高大桥二室2005-12-1报告提纲1.1.桥梁风荷载的组成部分桥梁风荷载的组成部分22..不同桥梁设计规范中关于风荷载的规定不同桥梁设计规范中关于风荷载的规定3.3.桥梁等效抖振风荷载的研究现状桥梁等效抖振风荷载的研究现状4.4.桥梁抖振内力分析方法及算例桥梁抖振内力分析方法及算例5.5.台风台风SamSam作用作用下青马大桥抖振分析与验证下青马大桥抖振分析与验证6.6.总结总结2005-12-11.桥梁风荷载的组成部分2005-12-1风速时程曲线结构加速度响应时程曲线2005-12-1结构加速度响应的功率谱密度(L.D.Zhu,2002)2005-12-1风荷载的组成(A.G.Davenport1998)ƒ静力风荷载：引起结构静力响应的风荷载，即平均风作用；ƒ动力风荷载：引起结构动力响应的风荷载，可分解为两个部分：背景分量＋共振分量Br~Rr~r2005-12-1桥梁风荷载的组成(A.G.Davenport1998)升力力矩阻力2005-12-12.不同桥梁设计规范中关于风荷载的规定目前桥梁设计执行规范目前桥梁设计执行规范1.1.《公路桥梁抗风设计规范》《公路桥梁抗风设计规范》((JTG/TD60JTG/TD60--0101——2004)2004)2.2.《《公路桥涵设计通用规范》公路桥涵设计通用规范》((JTGD60JTGD60--2004)2004)以前桥梁抗风设计试行指南以前桥梁抗风设计试行指南3.3.《公路桥梁抗风设计指南》《公路桥梁抗风设计指南》(1996)(1996)2005-12-1《公路桥梁抗风设计规范》4.14.1一般规定一般规定4.1.14.1.1作用在桥梁上的风荷载由平均风作用、脉动风的背景作用以及结构惯性动力作用叠加而成。风的静力作用的风荷载可按静阵风荷载计算。4.1.24.1.2风荷载参与永久作用或其它可变作用的作用效应组合按《公路桥涵设计通用规范》JTGD60的规定执行。4.1.34.1.3当风荷载参与汽车荷载组合时，桥面高度处的风速可取为25m/s。ZV2005-12-1《公路桥梁抗风设计规范》4.24.2静阵风风速静阵风风速4.2.14.2.1静阵风风速可按下式计算：(4.2.1)式中—静阵风风速（m/s)；—静阵风系数，可按表4.2.1取值；—基准高度处的风速（m/s)。ZVgVGV=gVVGZVZ—综合考虑了风的空间相关性、不同地表粗糙度、不同桥梁基准高度的影响。VG2005-12-14.34.3主梁上的静阵风荷载主梁上的静阵风荷载4.3.14.3.1单位长度上的横向静阵风荷载可按下式计算：(4.3.1)式中—主梁单位长度上的静阵风荷载（N/m)；—空气密度（kg/m3）,取为1.25；—主梁的阻力系数；—主梁的投影高度(m)。HCVFHgH221ρ=HFρHCH2005-12-1静阵风系数的确定),(2)),((21),(2txvVPPtxvVBCtxPH+≈+=ρ)(),(2),(000tPPdxtxvVPPdxtxPPllt+=+≈=∫∫主梁单位长度上的风压主梁上总的风压主梁上总的脉动风压的功率谱密度函数)()(2)(22nSnJVPnSuHP=(1)(2)(3)2)(nJH—水平联合接受函数，反映脉动风速的空间相关性2005-12-1脉动风压的均方根20)(=∫∞dnnSPpσ(4)主梁上总的风压的峰值(5)ptgPPσ⋅+=max0主梁上总风压的静阵风风压系数PgPPGptPσ⋅+==1max0(6)静阵风风速系数(7)PgGpV/1σ⋅+=2005-12-1™静阵风风速是通过作用在桥梁主梁上的总的脉动风压推导得出的单一参数，便于工程应用。但是，假定脉动风的背景作用与平均风作用取用相同的加载模式，对脉动风的背景作用的空间相关性考虑的不够充分。™静阵风风速仅考虑了脉动风的背景作用，没有考虑结构惯性动力作用。进行横桥向抗风分析时，还需通过抖振分析考虑结构的惯性动力作用。™静阵风风速仅针对横桥向和顺桥向风荷载。对于竖向风荷载和扭转力矩，结构惯性动力作用占主导地位，需要通过风洞试验和详细的抖振响应分析得到。™当风荷载参与汽车荷载组合时，限定了桥面高度处的风速(25m/s)。《公路桥梁抗风设计规范》中桥梁风荷载的特点2005-12-1《公路桥涵设计通用规范》《公路桥涵设计通用规范》4.3.74.3.7风荷载风荷载(4.3.7-1)whdwhAWkkkF310=横桥向风荷载0k—设计风速重现期换算系数1k—风载阻力系数3k—地形、地理条件系数whA—横向迎风面积2005-12-1—设计基准风压(kN/m2)—基准高度处的阵风风压(kN/m2)zgVWdd22γ=1052VkkVd=—设计基准风速(m/s)—基准高度处的阵风风速(m/s)z5k—阵风风速系数2k—考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数2005-12-1HCVFHgH221ρ=《抗风设计规范》()whdwhdwhdwhAkVkkgAgVkkkAWkkkF⋅⋅⋅⋅===12302301310212γγργ==×=−−)/(225.181.91000012017.030001.00001.0mkgeegZZ22521023025230~)()()(gZdVVkVkkkkVkk=⋅==—阵风风速：平均时距为1～3s时的风速。gV~《设计通用规范》—基准高度处的风速（m/s)ZVZ2005-12-1™通过阵风风速（平均时距为1～3s时的风速）计算风荷载，没有考虑结构的动力特性以及由于结构运动引起的气弹效应，对于刚度较大的小跨径桥梁是合适的。对于大跨径桥梁，结构在风荷载作用下将发生强烈振动，进行风荷载计算时应细致地考虑结构的动力特性、由于结构运动引起的气弹效应和脉动风速的空间相关性。™阵风风速仅针对横桥向和顺桥向风荷载。没有考虑竖向风荷载和扭转力矩作用，对于大跨径桥梁具有较大的局限性。™当风荷载参与汽车荷载组合时，选用的是设计基准风速，没有限定桥面高度处的风速(25m/s)。这种组合方式在工程实际中可能不会发生，尤其是跨越长江、海湾或峡谷的大跨径桥梁。《公路桥涵设计通用规范》中桥梁风荷载的特点《公路桥涵设计通用规范》中桥梁风荷载的特点2005-12-1蒲氏风速分级摧毁极大损毁重大拔起树木小损房屋摧毁树枝步行困难电线有声小树摇摆吹起尘土旌旗展开感觉有风烟示方向静，烟直上路面地面物象32.6飓风1228.5~32.6暴风1124.5~28.4狂风1020.8~24.4烈风917.2~20.7大风813.9~17.1疾风710.8~13.8强风68.0~10.7劲风55.5~7.9和风43.4~5.4微风31.6~3.3轻风20.3~1.5软风10.0~0.2无风0风速(m/s)名称风速等级2005-12-1青马大桥主梁示意图2005-12-1《公路桥梁抗风设计指南》《公路桥梁抗风设计指南》(1996)(1996)4.14.1一般规定一般规定4.1.2对于一般较刚性的桥梁，可采用基于阵风风速的阵风荷载作为设计风荷载。4.1.3大跨柔性桥梁的主梁和桥塔的设计风荷载一般由静力风荷载和动力风荷载两部分组成。静力风荷载是指在设计基准风速下的风荷载，动力风荷载是由风致振动产生的结构惯性力。两部分内力应分别计算，然后叠加。其计算结果应同阵风荷载产生的内力值进行比较，并取较大者作为设计验算内力参与荷载组合。2005-12-1《公路桥梁抗风设计指南》中桥梁风荷载的特点《公路桥梁抗风设计指南》中桥梁风荷载的特点™桥梁设计风荷载：由静力风荷载和动力风荷载两部分组成。两部分内力应分别计算，然后叠加。其计算结果应同阵风荷载产生的内力值进行比较，并取较大者作为设计验算内力参与荷载组合。™考虑了横桥向风荷载、竖向风荷载和扭转力矩，但没有考虑顺桥向风荷载。™当风荷载参与汽车荷载组合时，选用的是基准风速，没有限定桥面高度处的风速(25m/s)。2005-12-14座大跨径悬索桥的阵风响应系数2.01.901.641.55设计取值2.891.901.901.90《公路桥涵设计通用规范》1.811088坝陵河大桥1.401377香港青马大桥1.351624丹麦大贝尔特桥1.35~1.441991日本明石海峡大桥《公路桥梁抗风设计规范》阵风响应系数主跨跨径(m)桥梁名称2005-12-1日本明石海峡大桥实测的阵风响应系数T.Miyataetal.(2002)2005-12-1GustaveEiffel自由女神像，高100m，1886埃菲尔铁塔，高320m,1887