抗风抗震复习

第一章
1、大气边界层的概念
指靠近地球表面、受地面摩擦阻力影响侍奉能量减少的大气层区域（其风速减小，减小成都随高度增加而降低）。

2、大气边界层的划分
（1）地表层和地面边界层
底层：离地面2m的区域
下部摩擦层：2m—200m
(2) 上部摩擦层又称埃克曼层200m—2000m
3、风俗轮廓线的分布规律
（1）对数分布规律
V（z）= （V*/K）Ln（Z / Z0）
K：卡门常数一般近似取0.4 Z0：地表面粗糙高度
( 2 ) 指数分布规律(我国采用)
V（z）/ V(z0) = (Z / Z0)^α
α:粗糙度系数
4、脉动风的统计特性包括哪几个？分别是怎样定义的？
（1）脉动风速
V’(t) = V(t) —V(平均)
(2 ) 湍流强度
脉动风速的均方根值与平均风速之比湍流强度是描述风俗随时间和空间变化程度，反应脉动风速的相对强度，是描述大气湍流运动最重要特征。

湍流强度随高度增加而减小与平均风速大小、时距、地面粗糙度有关。

（3）阵风系数
在考虑脉动风影响时，用于确定工程设计最大风速的系数
Vm = V(平均) +μσ（μ’）
μ：峰因子σ（μ’）：脉动风速的均方根
特点：同湍流强度有关（湍流强度愈大其愈大）、与高度和表面粗糙度有关、与阵风持续时间有关
（4）湍流积分尺度
大气湍流中漩涡平均尺寸的量度
（5）脉动风功率谱
将风速仪记录的数据再根据相关分析获得相关函数R(t)，再由傅里叶变换求得。

5、为了使风洞模型试验结果能够应用到大气边界层流中的实物，风洞试验应满足哪些条件
相似？
几何相似、运动相似、动力相似、热力相似、边界条件相似
6、在风洞中、速度边界层的模拟有哪两种方法？各种方法具体说由哪些措施？
（1）人工形成法
具体操作有：①被动形成法：a、棍栅法b、曲网法c、曲面蜂窝器法d、风障漩涡
发生器和粗糙元组合法
②主动形成法：a、竖直喷射发b、反向喷射法c、震动棍栅法
（2）自然形成法
风洞试验的类型
风洞试验有：
–全桥模型试验；
–拉条模型试验；
–刚体节段模型试验；
–施工状态模型试验（包括单独桥塔、斜拉桥双悬臂施工状
态、斜拉桥单悬臂施工状态，悬索桥施工状态等
节段模型试验又分为静力节段模型试验和动力节段模
型试验：
–刚体节段模型当采用静力支承安装于测定装置（如应变式天平或者机械式天平）上可进行定常力测定、或用于测量主梁的静力三分力测定、斯特罗哈数测定等。

则称为静力节段模型试验。

–刚体节段模型当采用弹簧悬挂的弹性支承时，可进行气动弹性响应测试（自激振动或强迫振动）、非定常气动力测定（气动导数或气动导纳）、非定常压力测定等。

称为动力节段模型试。

拉条模型用于测量气动弹性响应（自激振动或强迫振动）
气动弹性模型（全桥、施工状态、桥塔等）气动弹性模型用于测量气动弹性响应（自激振动或强迫振动）；气动弹性响应包括：涡激振动响应、抖振响应，颤振等等
刚体整体模型（桥塔、全桥）
刚体整体模型采用静力支承，用于测定三分力系数和定常压力分布测定
第二章桥梁空气动力学
1、静力三分力系数的概念、意义及规律？
(1)概念：升力—
阻力—
扭转力矩—
(2)静力三分力系数的意义
①是整个风洞试验数学计算模型的三要素
②桥两端面形状的微小变化可能会引起三分
力系数值发生巨大改变
③可能用来判别震动体系是否稳定
（3）静力三分力系数变化规律
①桥梁结构断面空气动力系数与断面形状风向雷诺数有关，其中断面形状影响最主要。

②对于板梁、桁架梁、箱梁三种常用断面。

板梁的气冻性最差、箱梁空气动力特性明
优于板梁、特别是带有模板和导流板的流线型截面，其空气动力特性更佳。

③雷诺数对具有棱角断面静力三分力影响最小，面对与光滑形状的物体影响大。

2、桥梁空气动力特性的研究包涵哪些方面？
(1)气动源性问题：①气动源性静力问题②气动源性动力问题
(2)空气动力特性:：①定常空气动力特性②非定常空气动力特性
3、自激空气动力、抖振、颤振、涡激振的概念
（1）自激空气动力：由于结构本身运动使得流物发生变化所引起的作用在结构上的空气
动力
(2) 抖振：脉动风所引起的非定常空气动力，是结构进入垂直分布随机风场中，有阵风
又到产生，在桥梁结构中用什么样的抖振模型至关重要。

（3）涡激振：绕流钝体结构会发生漩涡的脱落，当其频率接近或等于结构的自持频率时将由此振发出结构的共振。

颤振：在非定常空气动力作用下，所发生的自己发散振动
驰振：特殊形状的细长结构在临界风速作用下不断从来流中吸取能量而出现的横流向的弯曲单自由度自激振动
4、风洞试验类型，每一类型主要用来研究
哪些内容？
（1）全桥气动弹性模型试验：风压
(2 ) 拉条模型试验：风力
（3）风环境模拟：风环境
（4）节段模型试验：(动力、静力)振动
5、结构动力特性、空气动力特性的改善措
施？
（1）结构改善措施
①主梁改善措施：提高结构刚度（固
有频率提高了\风振幅减小了、不经济）、增加结构质量（但固有频率降低、不利）、
提高结构抗扭刚度(改变参与颤振的两个弯扭模态振型，是两个振型相似度降低)、
提高结构阻尼比
②桥塔的改善措施
在桥塔底部安阻尼器
③拉索的改善措施：安装安阻尼器
（2）空气动力特性改善措施
①主梁改善措施
主梁采用箱型梁(一般宽高比大于7，以提高颤振临界风速)、主梁断面断面外形采
用流线型、增加扰流板和导流板
②桥塔的改善措施
采用切面或导流装置改
桥梁的风洞模型试验，一般分为全桥整体模型试验和
节段局部模型试验两类。

–全桥整体模型是一种弹性模型，模型的长度缩尺不超过风洞约有效长度，其几何相似比可小到1/100以下。

其试验内容一般有:(1)测定在常风力作用下的三个分力，即垂直于加劲梁平面力垂直于平联平面的升力，以及绕桥跨纵轴的升力矩;(2)测定风作用下桥跨结构的动力反应;(3求出桥跨结构失稳的临界风速;(4)求出桥跨结构的自振特性;(5)检验桥跨结构抗风措施的效果。

节段模型的断面是根据实桥的断面模拟，即考虑梁的抗弯刚度和抗扭刚度等，而其它部分对该节段的约束，则用支持该节段的弹簧或其它边界条件来模拟。

所以节段模型是一种刚性模型，模的几何相似比可用到1/50左有。

其根据测定目的不一样，可分为静力节段模型试验和动力节段模型试验两种。

而模型一般有如下三种:(1)静力刚性模型，即利用两端固定的刚性模型，进行定常风力作用下三分力系数及风压分布试验;(2)弹簧支承模型，即由弹簧支承着的刚性模型，可进行下、回转两个自由度的振动;(3)强制振动模型，即在刚性支承上的刚性模型上加振，并在风力作用下测出振动力和变位的相位差及振幅的改变，计算出非定常风力作用下的三分力
桥梁风洞模型试验，一般都是在工业风洞、建筑风洞
中进行。

我国现有的建筑风洞、工业风洞主要有：
•西南交通大学XNJD-1工业风洞，1991年建成。

•同济大学建筑风洞，1988年建成。

•北京大学边界层风洞，1987年建成。

广州建筑科研设计所CGB-1建筑风洞，1985年建
风洞按风路形式分开路式和回流式，而回流式又可分为单回、双回和环回几种;风洞按风速分有:低风速;高亚音速、跨音速、超音速、高超音速几种;风洞按其试验段有无壁可分为:开口型、闭口型;而按其试验段的流场形式又可分为:均匀流风洞，紊流风洞、边界层风
第三章场地和地基
1、地震震级及地震烈度的概念及相互关系
（1）概念
地震震级：表示地震大小的一种度量
地震烈度：指某一区域内的地地表和各类建筑物遭受一次地震影响的平均强弱程度。

(2 )相互关系
2、震中震源的概念
(1)震源：地球内部断层错动并引起周围介质震动的部位。

(2)震中：震源正上方的地面位置。

3、地震波的种类及各自特点、传播速度P2-P3 。

4、地震的三要素
振幅频谱特性持续时间
5、地震的灾害表现
上部结构的震害，梁本身遭受震害破坏的情形比较少，往往是由于桥梁结构其它部位的损坏而导致梁体的破坏，拱桥拱体的破坏主要也是由于地基、墩台条件差的缘故。

但对一些高架桥(框架结构)的钢筋混凝土结构或钢结构桥有时会有较大塑性变形的震害发生。

• .支座震害，地震作用通过基础传给桥墩（台〕，再传给支座，直至桥梁上部结构，而上部结构的惯性力又通过支座传给桥墩（台），因而，支座受力较为复杂。

分析表明，支座动力水平放大系数比桥墩底面的应力放大系数大。

另外，诸下部结构（墩、台）的顺（横）桥向变位的不一致也会引起支座的附加反力，因而支座是抗震薄弱而又关键的环节。

• .落梁震害，主要表现为顺桥向的落梁。

其主要原因为：桥跨在纵向的相对位移超出支座长度、或墩（台）顶部的变位差使跨度加大、或由于地基土的作用使墩（台）移位以至梁错位并与墩（台）脱开。

下部结构的震害，表现在施工缝处的裂缝扩展，直至墩身被剪断或墩身混凝土局部被压溃。

其主要原因为：弯曲强度不足、弯曲延性（韧性）不足、桥墩配筋过早切断、剪切强度不足。

所谓延性即为结构经过大于屈服位移的几个周期性变形，而强度不会有明显的折减的性质。

• 基础震害，地基沉降和水位移动引发基础下降或移位，饱和砂土液化使地基丧失或部分丧失承载力等
第四章场地和地基
1、覆盖层厚度、地基土液化概念、等效剪切波速概念、计算公式。

2、桥梁工程场地类别根据什么划分？如何划分？。

3、如何判断地基土是否会液化？。

第五章桥梁震害
1、上部结构、支座、下部结构震害表现形式(启示)
（1）上部结构的震害（相邻主梁、主梁与桥台之间）
①上部结构自身的震害、②上部结构移位震害(纵向、横向、扭转)、③上部结构碰撞
震害(结构间距过小)
（2）支座的震害
①支座移位、②锚固螺栓被拔出、③活动支座脱落、④支座自身构造破坏
（3）下部结构和基础的震害
①弯曲破坏（延性、约束箍筋不足或钢筋的搭接或焊接不牢）、②剪切破坏（脆性、钢
筋过早被剪断或约束箍筋不足）
启示：①重视桥梁的结构总体设计、选择合理抗震结构体系②重视延性抗震，避免出现脆性破坏③重视局部构造设计④重视支撑连接部位的抗震设计⑤对于复杂桥梁应进行动力时程分析⑥利用减隔震技术来提高抗震能力
第六章单自由度体系结构的地震反应
1、单自由度的自振周期、振型计算方法。

2、地震反应谱、设计地震反应谱的概念、相互关系
地震反应谱：将单自由度体系的地震最大绝对加速度反应与其自振周期的关系定义为地震加速度反应谱或简称为地震反应谱。

设计地震反应谱：由于地震反应谱直接用于设计有困难而需专门研究绘制可供结构抗震设计使用的反应谱称为设计地震反应谱
地震反应谱与设计地震反应谱之间的关系为：1 地震反应谱是某一次地震所录的，有很多峰值，不同地震记录的反应谱之间差别很大。

2 而设计地震反应谱需对大量的地震反应谱进行标准化、平均化处理才能得到。

3 地震反应谱直接用于设计有困难，而设计地震反应谱可直接用于设计。

3、按《公路桥梁抗震设计细则》计算结构的水平地震力。

第七章多自由度体系结构的地震反应
1、多自由度自振周期、振型计算方法
第八章桥梁抗震设计
1、《公路桥梁抗震设计细则》规定的桥梁设防目标(P7表3.1.1)。

2、E1地震作用、E2地震作用的概念P2或P66
E1地震作用：。

E2地震作用：。

3、桥梁抗震设防类别是如何确定的（P7表3.1.2）
4、桥梁工程抗震设计流程
(1)抗震设防的选定（2）桥梁抗震概念设计(3)地震反应分析（4）抗震性能验算（5）
抗震构造设计
5、抗震概念设计的定义？
(1) 定义：根据地震灾害和工程验算归纳的基本原则和设计思想，正确的解决结构总
体方案、材料使用和细部构造，以达到合理抗震设计的目的。

合理的抗震设计，要求设
计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合，式结构能够经济地实现抗震设防目标。

（2）内容：①场地和地基设计（应在危险地段建造A、B、C类桥梁。

）
②结构体系的布置
6、地震反应分析需解决哪三类问题？
（1）确定合适的地震输入
（2）建立结构系统自身模型
（3）求解地震动方程
7、墩柱的检验主要包括哪些内容（弯、剪、支座）。

8、在各类桥梁的抗震采取措施时其措施等效应为？符合哪些规定？P48。

第九章桥梁延性抗震设计
1、延性、位移延性系数、曲率延性系数、轴压比、能力保护构件定义
(1)延性：在初始强度还没发生明显退化情况下的非延性变形能力
位移延性系数：公式—
(2)
(3)曲率延性系数：公式—
(4)轴压比：
(5)能力保护构件：
2、屈服曲率如何确定
(1)截面受拉钢筋达到初始屈服时的曲率
(2)截面混凝土受压区最外层纤维初次达到屈服应变时的曲率
3、极限曲率如何确定
(1)如果临街面抗弯能力下降到最大弯矩值的85%时
(2)受拉时钢筋达到极限拉应变时
4、整体延性与局部延性、延性变形能力、位移延性系数的关系？。

5、能力设计法的基本思想。

6、如何选择桥梁结构的预期塑性铰。

7、横向箍筋的作用
第十章桥梁减隔震设计
1、减隔震得定义
a)隔震：通过某装置地震动与装置隔离开来，以达到减小结构振动目的
b)减震：通过装耗能装置，耗散地震能，达到减震目的
2、减隔震得工作机理
（1）两个基本规律
①两结构的自振周期与地震卓越周期接近时，结构破坏严重。

②结构阻尼愈大，结构的地震反应愈小。

（2）工作原理
①采用柔性之承延长结构周期、减小结构地震反应。

②采用阻尼器式能量耗散元件限制结构位移。

③保证结构在正常使用荷载下，具有足够的刚度。

3、减隔震技术与延性抗震设计比较
从抗震原理上看，减隔震技术与延性抗震技术是类似的。

两者都是通过延长周期以避开地震集中的周期范围，并且增大阻尼以耗散能量来达到减小地震反应的目的。

但在具体实施的方法上，却有很大的不同。

主要表现在一下两个方面：
延性抗震设计允许很大的地震能量从地面传递到结构的重要构件上，设计考虑的事如何为结构提供抵抗地震的能力；减隔震技术的基本目的就是要大大减小传递到结构
重要构件上的地震能量，而将这一地震能量转移到减隔震装置上。

延性抗震设计要求选定结构构件的特定部位（如梁桥桥墩墩底）屈服，并形成塑性铰以降低刚度延长周期，同时利用塑性铰的滞回特性提供耗能能力（相当于增大阻尼）。

因此，结构构件的损伤是不可避免的，震后的修复工作比较麻烦。

；减隔震技术通过设置减隔震装置来延长周期，并增大阻尼以耗散能量。

因此，可以避免结构构件的损伤，而减隔震装置发生损伤时，替换比较简单。

4、减隔震技术的适用条件是什么？
（1）桥梁上部结构连续下部结构刚度大且全部周期短
（2）桥梁下部结构高度变化不规则，刚度不均
（3）场地条件好、预期地面运动有较高卓越频率长期范围内所含能量少
5、常用的减隔震装置？P47
、铅芯橡胶支座、橡胶垫～铅挤压阻尼器、橡胶垫～钢梁屈服阻尼器摆动踏步式隔震
6、活动支座～弹塑性装置～传振器、其它阻尼器装置，包括钢索阻尼器(下图)、油
压式阻尼器、高分子材料为主的粘性剪切型阻尼器、摩擦阻尼器
论述:
近一个世纪来，地震工程学的发展经历了哪几个阶段，在各个阶段提出了哪些理论是谁提出的
地震工程学的发展阶段
第一阶段——地震工程学发展的萌芽阶段
这一阶段为19世纪末到二十世纪五十年代，此阶段的特点或标志是新建工程的经验型抗震设计，其经验性表现在以下几个方面。

设计原则（2）工程观点（3）静力方法
20世纪50年代地震工程学的重要进展之一是反应谱理论提出和应用。

Biot，M与Benioff，H。

二十世纪四十年代就提出了地震动反应谱理论的概念但直到十年之后有了一些地震动加速度工程记录以及数据积分计算方法和工具之后，才由Housner提出了可供工程使用的反应谱。

第二阶段——地震工程学发展的成熟阶段
20世纪60-80年代，本阶段以震害经验为基础，以测试和分析为辅半定性半定量的阶段。

主要成就有七个。

（1）抗震设计的规范化（2）放映普理论的普及（3）抗震设计的动力理论已经形成（4）砂土液化的定性和定量分析（5）地震危险性德概率分析法趋于成熟并得到实际应用。

（6）生命线地震工程研究方向的确定（7）危害估计及减震对策的提出
第三阶段——地震工程学的拓展阶段
20世纪90年代开始。

特点：防震减灾的全面重视和执行。

从单体工程到生命线体系工程到社会；从结构验算到真正的结构设计——结构震动控制;从基于确定性方法到基于概率统计方法的全面考虑；强震地震学—地震学家和工程师们的密切结合到他们与行政管理和社会经济学家的结合。

二十一世纪桥梁风工程的研究热点的主要会集中在哪些方面
21世纪风工程热点
桥梁风振理论的精细化
目前通用的包含气动导数的自激力和准定常形式的抖振力是忽略了非线性项的线性
表达式. 随着跨度的增加,结构的变形和振幅都达到了米的量级,是否需要建立更加精确的气动力表达式是值得考虑的,特别是用现有理论分析抖振响应和实测结果有较大的误差,而且跨度愈大误差也愈大. 因此可能要抛开机翼颤振和抖振的理论框架,寻找更为适合柔性的超大跨度桥梁风和结构相互作用及其非线性气动力表达式,使理论分析和实测达到一致,以便为实现精确的时域分析、数值风洞和更进一步的虚拟现实(VR) 奠定更科学和坚实的理论基础.
2 桥梁风振机理研究
对风致振动的机理研究一般都滞后于控制风振有效对策的研究,如上述的颤振机理、拉索的参数振动和雨振等. 然而,弄清风振的激振机理是结构风工程研究的重要任务,只有机理研究清楚了,才有可能建立起从平板到钝体断面统一的风振理论. 对于处于中间状态的各种桥梁断面以及添加了各种导流制振措施的复杂断面有一个连续的、无矛盾的处理方法. 为此目的,还要继续努力,不断改进现有的理论框架,以逐步弄清桥梁的各种风振机理.
3 计算流体动力学( CFD) 的应用
随着钝体空气动力学在理论和算法上的不断进步,大容量的并行计算机更为普及以
后“, 数值风洞”,甚至更为先进的虚拟现实技术有可能替代风洞试验方法成为桥梁抗风设计的主要手段.人们将在屏幕上预见大桥在灾害气候条件下的振动景象,并据此判断结构的抗风安全. 不管怎样,数值模拟是信息时代的主要特征,数值风洞的发展前景是毋庸置疑的. 应该积极努力地推动这一技术的进步.
4 气动参数识别的改进
现场实测的抖振响应已多次提醒:按现行方法进行抖振分析的结果存在较大的误差. 除了加紧研究气动导纳函数,提出便于实用的合理的参数值外,也许还应当用审慎的眼光对待建立在准定常理论基础上的抖振力表达式,探索更为精确的包含非线性项非定常的抖振力表达式,使理论分析和实测结果达到一致,以满足超大跨度桥梁对风振分析提出的更高要求.
5 超大跨度桥梁的抗风对策
21 世纪的跨海大桥工程提出了建造2 000 m 以上悬索桥的要求. 中央开槽的分体桥面方案对提高抗风稳定性是十分有效的措施,但过宽的中央槽将使横梁跨度增大,使桥梁造价增大,过宽的桥面还造成桥塔宽高比的失调,影响桥梁的美观. 因此,采用其它措施,如中央稳定板,导流板的配合是值得考虑的. 曾经有人研究过如同航空器中采用的主动控制技术,但由于土木结构体型庞大,能源的供应和日常维护是一个难题. 因此,无能源的自适应控制系统对超大跨度悬索桥应该是一个有前景的振动控制方法.此外,利用斜拉桥刚度好的有利条件,继续克服斜拉- 悬索协作体系在结合部附近吊杆疲劳问题,充分发挥两种体系的优点. 协作体系将减少斜拉桥长悬臂施工的风险,同时又可增大桥梁的抗风稳定性,尤其在有软土覆盖层的沿海地区,锚碇的减小将会带来经济效益,相信协作体系在1 200～1 500 m 的跨度范围应该是一种有竞争力的桥型.
3.我们国家和世界范围的风洞有哪些类型，国内风洞分布及用处
作图:
1.结构抗力与变形关系曲线
2.屈服曲率的确定（等能量法、通用屈服弯矩法）。