桥梁风工程考试资料

类型
颤振
驰振
抖振
涡激共振
定义
振动的桥梁通过气流的反馈作用不断吸取能量，振幅逐步增大直至使结构破坏的发散性自激振动
振动的桥梁从气流中不断吸取能量，使非扁平截面的细长钝体结构的振幅逐步增大的发散性弯曲自激振动
风的紊流成分所激发的结构随机振动，也称为紊流风响应
气流绕经钝体结构时产生旋涡脱落，当旋涡脱落频率与结构的自振频率接近或相等时，由涡激力所激发出的结构共振现象
平均风速:规定时间内，测得风速的平均值。
颤振导数：是气动自激力对状态向量的一阶偏导数，是表征断面气动自激力特征的一组函数，颤振导数与状态向量的线性组合表示了气动自激力的线性主部。只要测定了颤振导数，就可以依据它计算同一形状断面在任意运动状态（微振动）中的气动自激力。
抖振：风的紊流成分所激发的结构的随机振动，也称为紊流风响应。P100结构的抖振现象可大致分为三类，即有结构物自身尾流引起的抖振、其它结构物特征紊流引起的抖振和自然风中的脉动成分引起的抖振。
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直流式风洞
回流式风洞
造价低
造价高
优缺点
试验段气流品质容易受外界大气环境的影响
气流品质容易控制
当试验段尺寸较大时噪声非常大
噪声小
无法形成增压运转
可以形成增压运转
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目前，颤振分析研究普遍wk.baidu.com用的三条重要假定page 87
(1)条带假定：桥梁主梁是平直等截面梁，因此每一个断面都有相同的气动性能，即具有相同的颤振导数曲线；
气动导纳：传统的抖振分析方法在采用准定常抖振力的基础上引入了气动导纳来考虑上述紊流在时空上的不均匀性和不完全相关性。气动导纳实质是一个度量作用在紊流中的桥梁断面上的气动力和相应的准定常力（一般由均匀流场风洞试验获得）之间比例关系的系数，并依赖于紊流成份的脉动频率。
自由振动法和强迫振动法识别颤振导数的异同：强迫振动法的历史可能比自由振动法还早，但因设备复杂应用不多。从测试原理看，强迫振动法直接测定颤振自激力，再直接推算颤振导数；而自由振动法是由频率、阻尼比随风速的变化间接推算颤振导数，不能直接测定颤振自激力。因此，强迫振动法可以直接研究颤振自激力本身的特性。此外，强迫振动法还具有试验稳定，数据重复性好，可测量的折减风速范围宽，交叉项导数与对角项导数具有同等精度等一系列优点。
尾流驰振：当两根拉索沿风向斜列时，来流风向的下游拉索比上游拉索发生更强烈的风致振动，称为尾流驰振（Wake galloping）page 140
风雨激振：在风雨共同作用下发生的拉索振动，它是目前已知的拉索振动形式中最强烈的一种。page 140
拉索参数共振：当桥面振动的频率接近拉索某阶模态频率的2倍时，拉索将可能发生自激共振现象，从而引起拉索的大幅振动，这种现象称为参数共振。page 143
抑制拉索振动的措施：
控制拉索振动有三种措施：空气动力学措施，结构措施与机械阻尼措施
（1）空气动力学措施：经风洞试验证明，将PE护套外表面制成纵向肋条，缠绕螺旋线或压制一些凹坑，都能起到抑制风雨振的作用。
（2）结构措施：目前证明有效的结构措施主要是辅助索方法。即将各拉索之间用一根或多根辅助索连接起来，形成一个索网。此方法减少了拉索自由长度，提到了整个索面的刚度，因而非常有效。但它的缺点也是显而易见的。破坏了原有索面的景观，辅助索设计复杂，安装困难。
体轴坐标系与风轴坐标系的关系：体轴坐标系就是结构或断面本身所定义的坐标系。风轴坐标系是以x轴沿平均风的方向，z轴与x轴垂直且与x轴共同构成竖平面，y轴与x、z轴垂直，x,y,z轴的正向构成一个右手坐标系。两个坐标系的关系如下：
旧塔科马海峡悬索桥风毁的原因：该桥中设计师将挠度理论应用到极限，是该桥风毁的根本原因。设计师将竖平面的挠度理论无依据的扩大到三维状态，同时，也没有意识到工程结构的刚度受各种因素的制约，不宜在一个方向走的太远，结果在18m/s的风速作用下，主梁发生了明显的反对称扭转变形，发生了风致颤振，最终导致了灾难性的后果。
（3）机械减振措施：拉索易于振动的主要原因是拉索具有非常低的固有结构阻尼，因此增加拉索阻尼是控制拉索振动特别是风雨振的最直接、有效的方法。研究表明，拉索的横向振动只引起很低的应变，而采用高阻尼材料增加拉索结构阻尼的方法是非常困难的，因此在拉索和桥面之间安装阻尼器称为必然的选择。
层流和湍流：粘性流体运动有两种形态，即层流和湍流。层流的特征是流体运动规则，各部分分层流动互不掺混，质点的轨迹是光滑的，而且流场稳定。湍流的特征则完全相反，流体的运动极不规则，各部分激烈掺混，质点的轨线杂乱无章，而且流场极不稳定。
边界层（boundary layer）是高雷诺数绕流中紧贴物面的粘性力不可忽略的流动薄层，又称流动边界层、附面层。这个概念由近代流体力学的奠基人，德国人Ludwig Prandtl于（普朗特）1904年首先提出。从那时起，边界层研究就成为流体力学中的一个重要课题和领域。在边界层内，紧贴物面的流体由于分子引力的作用 ，完全粘附于物面上 ，与物体的相对速度为零。
表征风的脉动分量的参数有：紊流强度（page48）、紊流积分尺度(page50)、脉动速度的功率谱与互谱等等(page51)。
影响气动导纳的参数：紊流空间相关性，紊流度，风速折减频率，紊流积分尺度和物体特征尺寸的比值，展弦比，宽厚比，还有雷诺数等。
气动导纳的测量一般在风洞进行，紊流脉动风的产生有多种方法，一般有主动紊流和被动紊流两种，主动紊流一般用更主动阵风发生器装置产生紊流，被动紊流一般采用隔栅或者尖塔紊流。紊流的测量一般采用热线风速仪，气动导纳测量的试验模型有三种类型：刚体阶段模型，气动弹性模型及拉条模型。识别方法大致有两类：通过测量系统响应进行识别，通过测量抖振力进行识别。
桥梁结构风工程试验新技术与研究课题：
（1）桥梁断面颤振导数的识别研究
（2）桥梁断面的气动导纳识别试验研究
（3）桥梁断面的雷诺数效应试验研究
（4）桥梁断面气动参数的不确定性试验研究
(2)二维流假定：流场特性沿桥长方向不变；
(3)正交风向假定：假定来流风的方向总与桥轴线垂直，因为一般情况下这是最不利情况。
紊流场的被动模拟技术：格栅、尖劈和粗糙元等
粗糙元——长风洞中能自然形成边界层
格栅——有等间距和变间距平板格栅紊流场模拟
紊流场的主动模拟技术：振动翼栅、格栅、尖塔、阵列式主动控制和二维或三维多风扇风洞系统page125-126
目前风洞试验中进行风速测量的主要仪器设备有：皮托管、热线（膜）风速仪等。page 171
条带假定：我们假定桥梁足够长而且是平直的，于是任一桥梁断面的风荷载就可以代表其它断面的风荷载，这一假定称为条带假定。条带假定使我们可以用二维平面流场理论来研究风荷载问题。
为了研究的方便，我们将随机变化的风分为平均风（不随时间变化的定常流）和脉动风（非定常流，又称为紊流）两部分。Page23
风洞：指在一个按一定要求设计的管道系统内，采用动力装置驱动可控制的气流，根据运动的相对性和相似性原理进行各种气动力试验的设备。风洞是空气动力学研究和飞行器研制、大型桥梁设计的最基本的试验设备。
回流式风洞是应用比较广泛的一种风洞，其部件包括：实验段，调压缝，扩压段，拐角与导流片，稳定段、蜂窝器和整流网，收缩段和动力段。
紊流强度：是用来表征湍流中脉动量与平均量的比值的量，它定义为脉动量的均方差与平均量之比。
驰振力系数：page66
三分力系数：风荷载产生的根本原因是桥梁断面的存在改变了流场的分布与特性。在其它条件相同的情况下，形状相似的两个截面的静力风荷载应当与它们的特征尺寸成比例，三分力系数是无量纲的量，用来描述具有同样形状截面的静力风荷载的共同特征。
无旋运动：如果在整个流场中处处都有 ,则此运动称为无旋运动。反之称为有旋运动。
卡门涡街是流体力学中重要的现象，在自然界中常可遇到，在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街。如水流过桥墩，风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街。卡门涡街有一些很重要的应用，因此有必要了解其研究历史及有关的应用情况。
描述风荷载的无量纲参数
颤振导数
驰振力系数
气动导纳
斯托哈特数
特征
一种可能发散的自激振动，可能造成如旧塔科马桥那样的灾难性后果
一种可能发散的自激振动，可能造成如旧塔科马桥那样的灾难性后果
一种强迫振动，幅度通常是有限的，不至于造成桥毁事件，但可能威胁行车或施工安全，减少疲劳寿命
是由于气流经过桥梁后产生的旋涡并脱落引起的，介于强迫振动与自激振动之间。当风速位于某一区段时旋涡脱落频率正好接近桥梁频率，则会导致自激振动，不过一般也是限幅振动
定常运动：流场与时间无关而始终不变的称为定常运动，反之称为不定常运动。定常流动又称为层流或平滑流；非定常运动又称为湍流或紊流。Page23
风效应研究包括三个要素：风环境、风荷载与结构响应。Page5
描述流体运动的两种方法：拉格朗日描述法与欧拉描述法。Page22
常用的无量纲参数：攻角a，雷诺数Re，斯托罗哈数K，马赫数MaPage27
空气和水的粘性很小，在一般流动中可以忽略。但是在靠近物体表面处，粘性是不可忽略的，物体表面附近的这一层流场就称为边界层。
流体力学基本方程：连续性方程，运动方程，本构方程，纳维-斯托克斯方程，伯努利方程page24
如果在考察气流对物体的作用时，物体本身的变形和振动可以忽略，即物体可假定为固定在气流中的刚体，建立在这一假定上的理论称为空气动力学。如果考察气流对物体作用时物体本身的变形和振动不可忽略，即物体必须看作是气流中的弹性体，那么有关的研究就属于气动弹性力学的范畴了。