桥梁抗风气动措施的研究及应用

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桥梁防风措施

桥梁防风措施
桥梁是城市中的重要交通设施，因此需要采取防风措施来保护桥梁的安全。

以下是一些常见的桥梁防风措施案例：
1. 网络护栏：在桥梁两侧设置网络护栏，可以有效阻挡强风对桥梁的影响，并防止物品被吹落桥梁。

2. 加固结构：对桥梁的支撑结构进行加固，提高桥梁的抗风能力。

常见的方法包括增加支撑柱的数量和直径，加大桥梁的梁宽等。

3. 减小风阻：对桥梁的设计进行优化，减小桥梁的风阻面积。

例如通过改变桥梁的形状或者采用空气动力学的原理进行设计，减小风对桥梁的冲击。

4. 定期检查和维护：定期对桥梁进行检查和维护，确保桥梁的结构和设备处于良好的状态。

及时发现并修复风吹倒的部件，预防风险的发生。

5. 安装风速传感器：安装风速传感器监测桥梁周围的风速，一旦风速超过预警值，及时采取措施保护桥梁的安全。

这些措施的选择和实施应根据具体的桥梁和当地的环境条件进行评估，并在合适的时候进行调整和改进。

桥梁抗风气动措施的研究及应用

收稿日期:2001-11-22作者简介:宋锦忠(1950-),男,江苏无锡人,教授级高级工程师.桥梁抗风气动措施的研究及应用宋锦忠,林志兴,徐建英(同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海　200092)摘要:介绍作者所在风洞试验室在桥梁结构抗风研究中涉及到的气动措施及其应用方面的内容.气动措施包括在主梁上增设减小涡振振幅的抑流板,提高颤振临界风速的裙板、导流板、降低驰振响应的转向装置,改变气动力的主梁开槽方案等.同时探索了这些措施的作用机理以及工程应用所带来的社会效益和经济效益.关键词:桥梁抗风;气动措施;风洞试验中图分类号:U 441.3;V 211.74 文献标识码:A 文章编号:0253-374X (2002)05-0618-04Research and Appliance of Aerodynamic Measures aboutWind -resistance of BridgesS ON G Ji n -z hong ,L IN Zhi -xi ng ,X U Jian -yi ng(State K ey Laboratory for Disaster Reduction in Civil Engineering ,Tongji University ,Shanghai 200092,China )Abstract :This paper introduces the research and appliance of the aerodynamic measures involved in the wind resistance research taken in the wind tunnel laboratory to which the author belongs.These measures include airflow -depressing board for reducing the amplitude of vortex shedding ,the apron board and guide plate for increasing the critical wind speed of flutter ,the steering apparatus for reducing the response of galloping ,and the fluting scheme of the gird for the improvement of the aerodynamic performance.At the mean time ,this pa 2per expounds the social and economic benefits brought about by these measures.Key words :wind -resistance of bridge ;aerodynamic measure ;wind -tunnel test 时至今日,主跨达1385m 的江阴长江公路大桥和628m 的南京长江第二公路大桥已经建成使用,主跨达1490m 的润杨长江公路大桥已开工建设.更多更大跨径的桥梁正在规划设计中.随着跨径增大,结构的刚性越来越柔;钢材的使用,又使结构的自重减轻、阻尼相应减小,继而提出了如何改善大跨度桥梁抗风性能问题.通常从三个方面考虑,即提高结构的整体刚度、增大结构阻尼和改善断面的气动性能[1～4].本文从改善断面的气动性能出发,结合不同桥梁主梁断面形式,介绍各种气动措施应用的实例.大跨桥梁无论是悬索桥或斜拉桥,主梁断面主要采用闭口扁平箱梁、桁梁、开口的结合梁、分离箱梁、肋板梁等.这些不同形式的主梁断面在与空气的相互作用下,其气动响应特性是不一样的.具体的气动措施有:①改善主梁断面两端的气动外形,如增设风嘴、抑流板或扰流板、导流板,以改善气流绕流的流态.②在主梁的中央分隔带处开槽,乃至将闭口箱拓展成分离箱断面,以减少梁体上下表面的压力差.③增加栏杆的透风率,避免采用过高的人行道及路缘石,不致使断面钝化.④提高断面的流线化程度,使其具有良好的气动性能.1　减少主梁断面涡振振幅的气动措施东营黄河大桥是一座主跨为288m 钢斜拉桥[5],主梁采用两个分离矩形钢箱,断面比较钝化.由于当地风速不大,风洞试验表明,大桥的抗风稳定性能能够得到保证,但在均匀流场风速为12.8m ・s -1时观察第30卷第5期2002年5月同　济　大　学　学　报JOURNAL OF TON G J I UN IVERSITY Vol.30No.5　May 2002到较大的竖向弯曲涡振现象.在栏杆上安装长度为0.8倍栏杆高度、10°仰角的抑流板后,涡振振幅减少16%.进一步试验表明,将抑流板的长度加长到栏杆高度的1.2倍,振幅可减小50%.涡振性能得到很好的改善.抑流板设置见图1.图1　东营黄河公路大桥主梁断面图(单位:m)Fig.1　C ross section of Dongying B ridge over the Yellow River(unit :m)2　改善主梁断面颤振特性的气动措施2.1　福州青州闽江大桥青州闽江大桥位于台风频袭地区福建沿海,是一座主跨605m 、主梁宽29m 的双塔双索面斜拉桥[6].原先的主梁设计方案为23.5m 宽的闭口钢箱梁或分离钢箱梁,后从节省投资考虑,改为结合梁.相比之下,大桥的抗风稳定性随之大幅下降,结合梁方案+3°攻角颤振临界风速仅55m ・s -1,无法满足大桥抗风稳定性即颤振检验风速70m ・s -1的要求.通过包括风嘴、稳定板、导流板等方案的比选,最后选定在主梁两侧各增设宽1m 、高1m 的倒“L ”型导流板(见图2),使大桥的颤振临界风速提高到74m ・s -1.增幅达35%,解决了关系到设计方案成败的抗风稳定性问题,同时获得了良好的经济效益,与闭口钢箱梁方案相比,节省造价6500万元人民币.大桥合龙后,经受了2000年“碧利斯”台风和2001年“飞燕”台风正面袭击的考验,使其成为当今世界上跨度最大的结合梁斜拉桥.图2　青州闽江大桥主梁断面图(单位:m)Fig.2　C ross section of Q ingzhou B ridge over the Min River(unit :m)2.2　上海南浦大桥南浦大桥是我国第一座结合梁斜拉桥[7],主跨为423m ,主梁选用两根工字型边梁叠合预应力混凝土桥面板形式,桥面宽30.35m.经方案的比选,最后采用在桥面两侧边缘增设竖直向下约为1/3梁高的裙板措施(见图3),使大桥的颤振临界风速在原来的基础上提高了10%以上.增大了大桥抗风稳定性能的安全储备.图3　南浦大桥主梁断面图(单位:m)Fig.3　C ross section of N anpu B ridge over the H u angpu River(unit :m)流迹显示试验表明:裙板与主梁之间由于有一个回流区,该回流区的外缘流与断面的主流流动方向是一致的.它能导引主流较平滑地流过迎风主梁的下缘,因而减弱分离涡的强度,同时下游主梁与裙板间的916　第5期宋锦忠,等:桥梁抗风气动措施的研究及应用回流区也将主流导引到尾流中去.因此,裙板的作用相当于一个能主动调节外形来适应主流流动的风嘴,从而改善主梁断面的颤振特性.3　改变主梁上、下表面气动力的气动措施3.1　伶仃洋跨海工程伶仃洋跨海工程的西航道桥方案斜拉桥为900m ,或悬索桥为920m [8],由于该桥地处我国沿海大风区域,又是强台风频袭地区,为确保大桥的抗风安全,必须选择抗风性能好的主梁断面,当然流线型闭口钢箱梁是首选,但仍不能满足大桥颤振检验风速的要求,通过在中央分隔带外开槽的方法(见图4),当开槽宽度为1.5倍梁高时,其颤振临界风速提高了30%左右,使方案成为可能. 借助试验研究的辅助手段计算流体动力学(CFD )方法进行了主梁分隔带处开槽效果的分析工作.CFD 方法对开槽措施的机理分析认为:主梁断面的头部形状和开槽宽度对开槽效果有决定性影响.气流流经前箱梁产生的剪切层是否会与后箱体相碰撞以及是否有气流从槽中穿过,这是开槽成败的关键所在.图4　伶仃洋工程西航道桥方案主梁断面图(单位:m)Fig.4　C ross section of Lingding West W aterw ay B ridge over the Lingding Sea(unit :m)3.2　日本名古屋矢田川桥矢田川桥抗风试验是由日本车辆株式会社委托,我室承担的第一个国外科研项目[9].该桥是一座中跨为84m 的三跨连续钢箱梁桥,梁宽7.5m ,而梁高加上隔音墙总共高达4.95～3.95m ,宽高比仅1.5～1.9,风洞试验在检验风速下观察到驰振现象,无法满足稳定性要求,经过中央开槽以及在梁底角隅处增设导流板两个方案的比选(见图5),取得大幅降低驰振振幅的满意结果.在45.8m ・s -1的检验风速下,中央开槽40%时振幅下降12%,中央开槽80%时振幅下降23%.采用导流板措施后振幅减至71%(均匀流)和40%(紊流).可见后者效果更显著.图5　矢田川桥主梁断面(单位:mm)Fig.5　C ross section of guide -w ay bus Shid ami line over the Yataga w a(unit :mm)4　满足抗风要求的气动修改上述例子均为为满足抗风性能的要求在原设计主梁断面上增设的气动措施.同理,为此目的也可以在主梁断面上减少一些构件,作必要的气动修改.4.1　温州瓯江二桥026 同　济　大　学　学　报第30卷　瓯江大桥是一座主跨为258m 的双塔双索面预应力混凝土斜拉桥[10],主梁原先为闭口混凝土箱梁,桥面宽31m ,梁高2.5m.经风洞试验证明,大桥的稳定性能储备较大.因此,建议将箱梁底板去除,使其成为两个分离边箱断面(见图6),从而减少施工难度,节省工期和造价.大桥经受了多次台风侵袭的事实说明:主梁抽去底板后大桥抗风稳定性完全可以得到保证.图6　瓯江二桥主梁端面图(单位:m)Fig.6　C ross section of the second brid ge over the Ou River(unit :m)4.2　上海杨浦大桥上海杨浦大桥主跨为602m ,主梁采用两个分离钢箱叠合预应力混凝土桥面板形式[11].桥面宽32.5m ,原设计在主梁两侧分别设有两个风嘴,本意为改善断面的气动性能.但经过风洞试验的对比,发现对于这种宽高比达11.6左右的开口断面,风嘴的效应不明显.在满足抗风性能的前提下,最后取消了该风嘴(见图7).节省了600t 钢材和540万元人民币.图7　杨浦大桥主梁断面图(单位:m)Fig.7　C ross section of Yangpu B ridge over the H u angpu River(unit :m)5　结语类似的实例还有不少,这里仅选出比较典型的七座桥从不同的角度说明在不改变原设计主梁断面的情况下,稍作外形上的气动修改就能获得提高抗风性能的相当满意的结果.这是改善大跨度桥梁抗风性能三种方法中最为经济有效且简便的方法.需要补充的是在主梁的两侧迎风和背风边缘安装用薄平板制作的控制面(主动或被动式)也能有效地达到抑制颤振、提高颤振临界风速的效果.这些成果是从风洞试验中取得的,并借助于CFD 方法、流迹显示的方法作出了一些机理分析,其理论依据尚待进一步探索.参考文献:[1]　Y amada Hitoshi.Wind tunnel testings are almost Greek[J ].桥梁与基础,1993,(1):53-57.[2]　Y ozo Fujino.Vibration and control of long -span bridge[A ].Advances in Structural Dynamics[C].Oxford :Elsevier Science Ltd ,2000.55-66.[3]　Fujino Y ozo ,Wilde Krzysztof ,K awakami Toshinobn.New control method for flutter suppression of long -span bridge[A ].Iabse Symposium[C].K obe :[s.n.],1998.161-166.[4]　XIAN G Hai -fan ,CHEN Ai -rong.Aerodynamic studies of long -span cable -supported bridge in China[A ].Advances in Structural Dy 2namics[C].Oxford :Elsevier Science Ltd ,2000.121-132.[5]　同济大学桥梁结构研究室.东营黄河公路大桥抗风稳定性研究报告[R].上海:同济大学桥梁工程系,1986.[6]　同济大学风洞试验室.福州青州闽江大桥抗风研究报告[R].上海:同济大学土木工程防灾国家重点实验室,1999.[7]　同济大学桥梁结构研究室.上海南浦大桥主桥抗风性能试验研究报告[R].上海:同济大学桥梁工程系,1990.[8]　同济大学风洞试验室.珠海伶仃洋跨海工程西航道桥方案抗风研究报告[R].上海:同济大学土木工程防灾国家重点实验室,1997.[9]　同济大学风洞试验室.日本名古屋矢田川桥抗风研究报告[R].上海:同济大学土木工程防灾国家重点实验室,1999.[10]　同济大学风洞试验室.温州瓯江二桥抗风性能试验研究报告[R].上海:同济大学土木工程防灾国家重点实验室,1994.[11]　同济大学桥梁结构研究室.上海杨浦大桥主桥抗风性能试验研究报告[R].上海:同济大学桥梁工程系,1992.126　第5期宋锦忠,等:桥梁抗风气动措施的研究及应用。

桥梁设计中的抗风性能优化与评估研究

桥梁设计中的抗风性能优化与评估研究在现代交通基础设施建设中，桥梁作为跨越江河湖海、山谷沟壑的重要建筑物，发挥着至关重要的作用。

然而，风对桥梁的影响不容忽视，强风可能导致桥梁结构的振动、失稳甚至破坏，严重威胁着桥梁的安全和正常使用。

因此，在桥梁设计中，抗风性能的优化与评估成为了一个关键的研究课题。

一、风对桥梁的作用及影响风对桥梁的作用主要包括静力作用和动力作用。

静力作用是指风对桥梁结构产生的稳定压力和吸力，如桥梁的主梁、桥墩等部位会受到风的压力和吸力，可能导致结构的变形和内力增加。

动力作用则更为复杂，包括颤振、抖振和涡振等。

颤振是一种自激振动，当风速超过一定临界值时，桥梁结构可能发生大幅的、不稳定的振动，甚至导致结构破坏。

抖振是由风的脉动成分引起的随机振动，虽然不会导致结构的立即破坏，但长期的抖振作用会使结构产生疲劳损伤。

涡振则是由于风绕流桥梁结构时产生的周期性漩涡脱落引起的结构振动，通常振幅较小，但在特定条件下也可能对桥梁的舒适性和安全性产生影响。

二、桥梁抗风性能的优化设计方法为了提高桥梁的抗风性能，在设计阶段可以采取多种优化方法。

1、合理的桥型选择不同的桥型在抗风性能上具有不同的特点。

例如，悬索桥和斜拉桥由于其柔性较大，对风的敏感性相对较高；而梁桥和拱桥则相对较为刚性，抗风性能较好。

在设计时，应根据桥梁的跨度、地形条件和使用要求等因素，选择合适的桥型。

2、优化桥梁的外形和截面桥梁的外形和截面形状对风的绕流特性有重要影响。

通过采用流线型的外形和合理的截面形状，可以减小风的阻力和漩涡脱落，从而降低风对桥梁的作用。

例如，在主梁设计中，可以采用箱梁截面代替传统的 T 型梁截面，以提高抗风性能。

3、增加结构的阻尼阻尼是结构消耗能量的能力，增加结构的阻尼可以有效地抑制风振响应。

常见的增加阻尼的方法包括使用阻尼器、在结构中设置耗能构件等。

4、加强结构的连接和整体性良好的结构连接和整体性可以提高桥梁在风作用下的稳定性。

桥梁抗风设计研究

桥梁抗风设计研究谷子(重庆大学土木工程学院，重庆400015)[摘要]桥梁结构在风的作用下的破坏现象是危害性巨大且对交通影响极为恶劣的现象。

本文通过对于旧塔科马大桥桥毁事故的回顾阐释了桥梁抗风设计的重要性，同时对桥梁在风作用下的静力作用和动力作用做出了说明Q另外，本文通过从桥梁的结构措施、气动措施、机械减震措施三个方面说明了当今桥梁抗风的主要方法。

[关键词]桥梁风方程;抗风设计;桥梁减震文章编号:2095 -4085(2018)06 -0037 -021抗风设计的重要性[1，2]风对桥梁产生的不利作用是多方面的。

由风引起的不同程度的桥梁振动会产生各种各样的危害作用。

当振动达到人可以感知的范围时会使使用者产生不安全感。

剧烈的振动还可能造成桥梁毁坏并产生人员伤亡和巨大的经济损失。

桥梁的抗风设计不是自古就有的，而是在一^次又一^次的工程经验和工程事故中总结得出来的。

其中比较有名的是美国旧塔科马悬索桥的风毁事故（图1)。

图1被风摧毁的塔科马悬索桥旧塔科马大桥建于1940年，是一座悬索桥。

该桥主跨为853m，宽为11.9m，加劲梁采用H型板梁，梁高2.45m。

该桥纤细的桥型也成为了其之后风毁的根本原因。

在刚通车使用的时候，旧塔科马桥就表现出在风的作用下产生强烈震动的情况，其振幅最大可达 1.5m。

4个月后，由于放置在跨中约束主缆和加劲梁之间位移的斜拉索的断裂，旧塔科马桥的振型突然发生了改变。

在秒速18m的风的作用下，其扭转震动越来越强烈，主跨四分之一断面以±45°的幅度反复翻转。

在震动持续数小时后桥梁终于断裂，大部分加劲梁坠入河中。

后续科学家证明旧塔科马桥是由于发生了风致颤振导致了最后的破坏。

逐步研究表明大跨度柔性桥梁存在这多种形式的振动，如颤振、抖振、涡振、驰振等。

2风对结构的作用2.1静力作用结构保持静止或其振动不影响空气力，在稳定的风作用下的定常反应称为风的静力作用。

桥梁抗风措施

桥梁抗风措施1. 引言桥梁是连接陆地上两个地点的重要交通工具，然而在风力较大的地区，桥梁所面临的风灾风险也相对较高。

为了确保桥梁的安全运行以及保护周边环境和使用者的安全，必须采取有效的抗风措施。

本文将介绍几种常见的桥梁抗风措施，并讨论其优缺点以及适用范围。

2. 桥梁抗风措施分类2.1 结构抗风措施结构抗风措施是指通过优化桥梁结构的设计和材料的选择来增强桥梁的抗风能力。

常见的结构抗风措施包括：•加固桥台和桥墩：对于桥梁的支撑结构，采取加固桥台和桥墩的措施来提高桥梁的整体稳定性。

可以采用加大桥台和桥墩的尺寸、改变结构类型或者使用高强度材料等方式，来抵抗风力的作用。

•增加桥面宽度：通过增加桥面的宽度，可以增加桥梁与风的相对距离，减少风对桥梁的作用力。

•减小桥面高度：降低桥面的高度可以减小桥面受到的风力作用，进而提高桥梁的抗风能力。

•改善桥面表面细节：对于一些特殊形状的桥梁，可以在桥面表面采取一些特殊的设计，如凹凸交叉纹理等，来减轻风的作用力。

2.2 风洞试验风洞试验是通过模拟真实的风场环境，对桥梁进行风力荷载测试和结构响应分析的方法。

通过风洞试验可以获取桥梁在不同风速下的应力响应数据，从而评估桥梁的抗风能力。

根据风洞试验的结果，可以调整桥梁的结构设计和材料选择，以满足抗风的要求。

风洞试验在桥梁设计和改进中起到了重要的作用。

2.3 风险评估与监测风险评估与监测是指通过风力监测和结构状态监测等手段，对桥梁的风险进行识别和评估，进而采取相应的措施进行预防和保护。

具体的方法包括：•安装风力监测设备：在桥梁周围设置风速、风向检测设备，实时监测风场情况，并及时采取措施。

•结构状态监测：通过安装应变计、振动传感器等设备，实时监测桥梁的结构状况，如变形、应力和振动等，并根据监测结果采取相应的抗风措施。

3. 抗风措施的优缺点及适用范围3.1 结构抗风措施的优缺点及适用范围结构抗风措施的优点是通过优化桥梁的结构设计和材料选择，从根本上提高桥梁的抗风能力。

桥梁与结构抗风方向调研和规划

1. 简要发展历史z公元前300多年亚历士多德撰写的《气象》—第一次赋予风以科学含义z公元前200年雅典建成八边形风塔—同指南针八个方向相似1. 简要发展历史(续)z 15世纪末发明有效测风仪—开始风科学知识的积累z 1759年施密顿提出平均风荷载计算—首次开始定量估算平均风荷载)200( 0.2212.122年后才证实==→=D D C C V P V P ρ1. 简要发展历史(续)z1879年英国泰湾大桥(Firth of Tay)风毁—必须考虑阵风荷载泰湾大桥风毁1. 简要发展历史(续)z1889年法国埃菲尔铁塔(G. Eiffel) 建成—成功估计最大阵风荷载作用)100( 7.17.1max 年后才证实===v v G V V G V埃菲尔铁塔1. 简要发展历史(续)z1940年美国塔科马悬索桥风振塌坍—开启风致振动及气动弹性理论的序幕塔科马桥风毁1. 简要发展历史(续)z从1818年起，至少11座桥梁毁于强风z为预防风灾的发生，发展了风工程学科1940853美国Tacomma Narrow Bridge （塔科玛海峡桥）1889380美国Niagara-Clifton Bridge （尼亚加拉-克立夫顿桥）187974苏格兰Firth of Tay Bridge （泰河湾桥）1864320美国Niagara-Lewiston Bridge （尼亚加拉-利文斯顿桥）1854310美国Wheeling Bridge （威灵桥）1852195法国Roche-Bernard Bridge （罗奇-伯纳德桥）1839180威尔士Menai Straits Bridge （梅奈海峡桥）1838130苏格兰Montrose Bridge （蒙特罗斯桥）183680英格兰Brighton Chain Pier Bridge （布兰登桥）183475英格兰Nassau Bridge （纳索桥）1821140德国Union Bridge （联合桥）181879苏格兰Dryburgh Abbey Bridge （干镇修道院桥）毁坏年份跨径(m)所在地桥名2. 主要研究进展2.1 风气候预测z将灾害性风气候分类分析z在热带气旋强风预测中建立了Monte Carlo 数值模拟方法z热带气旋风速分布的细观模型z雷暴和龙卷风强度的精确预测2. 主要研究进展(续)2.2 近地风特性z达文波特于60年代提出的分析方法z以该方法为基础的各国规范z风速剖面、湍流时频、空间相干等模型z强风越过山坡及不同粗糙场地z近地强风的概率性评价和可靠性分析2. 主要研究进展(续)2.3 空气动力作用z发现了来流湍流的空气动力效应z建立了线性准定常计算方法z雷诺数效应及其作用机理z特征湍流的空气动力效应z来流湍流与特征湍流的共同作用效应2. 主要研究进展(续)2.4 理论研究方法z基于流体控制方程的纯理论研究进展缓慢z计算流体动力学已显示出巨大潜力z实现三维流动、流固耦合、高雷诺数、非定常模拟计算z唯一方法和真正代替物理风洞试验方法2. 主要研究进展(续)2.5 物理实验技术z边界层风洞仍然是主要工具z数据采集和处理的速度和精度提高很大z风洞试验流场的精确模拟z现场实测的高技术研发2. 主要研究进展(续)小结风致结构损伤及失效机理风致动力灾变过程模拟及预测基于性能的抗风可靠性分析及设计基于理论研究、风洞试验和现场实测的现代风工程体系方法理论研究水平、数值模拟精度风洞试验精细化风毁破坏避免技术强风预测、湍流效应、雷诺数效应灾害性风气候结构风振现象科学问题成果3. 主要研究热点3.1 近地风特性实测z平均风速、脉动风特性参数z特殊类型强风(台风、雷暴、龙卷风)的平均风剖面、紊流结构z特殊地形条件(悬崖、山脊、丘陵、山谷)的风速重分布3. 主要研究热点(续)3.2 结构响应实测(Case Study) z大跨度桥梁风致响应z斜风作用下结构响应z桥梁风毁事故的勘察和分析3. 主要研究热点(续)3.3 气动参数识别z节段模型自由振动法气动导数识别z节段模型强迫振动法气动导数识别z拉条和气弹模型法气动导数识别z数值风洞三分力系数、气动导数识别z节段模型试验气动导纳识别3. 主要研究热点(续)3.4 风振理论分析z频域内三维颤振分析的精确方法z考虑各种复杂因素的时域颤抖振分析方法z考虑斜风作用的抖振频域分析方法z等效风荷载计算方法3. 主要研究热点(续)3.5 风洞试验理论和方法z大气边界层模拟方法(高紊流强度、大紊流尺度)z特殊类型强风(雷暴、龙卷风) 特性模拟z数字化流场显示技术z雷诺数效应及模拟3. 主要研究热点(续)3.6 结构风效应数值模拟z数值计算方法: 有限体积法、涡方法z网格生成方法: 非结构网格z湍流模拟: 雷诺平均、大涡模拟、直接模拟z流固耦合计算:强耦合法、分区强耦合法、弱耦合法3. 主要研究热点(续)3.7 结构风振控制z气动颤振控制(开槽、稳定板、导流风嘴、局部构件调位)z气动涡振控制(隔离膜、导流板、局部构件调位)z主动气动控制方法z机械控制方法(缆索体系、附加阻尼、偏心质量)3. 主要研究热点(续)3.8 桥梁风振机理z宏观方面：气动阻尼、自由度耦合、振型耦合等z细观方面：应用PIV、CFD技术从旋涡运动规律的研究3. 主要研究热点(续)3.9 斜拉索风雨激振z风洞试验及参数分析z风雨激振机理研究z气动和机械控制措施及机理3. 主要研究热点(续) 3.10 风振概率性评价z颤振概率性评价z涡振概率性评价z抖振概率性评价4. 未来发展规划4.1 高雷诺数效应和边界层湍流的数值模拟z采用分子碰撞原理的Lattice Boltzmann方法（代替传统连续介质方法）z实现高雷诺数模拟、克服物理风洞试验瓶颈z改进来流湍流模型方法、发展特征湍流模拟方法4.未来发展规划(续)4.2 大跨度桥梁风振控制及其机理z应用PIV、CFD技术，结合理论分析z桥梁空气动力极限跨径z颤振控制措施及其机理z涡振性能、控制措施及机理4.未来发展规划(续)4.3 大跨度桥梁风振理论精细化z包括紊流风特性模拟、气动参数识别、气动力及结构的非线性模拟和非正交风向效应模拟在内的颤抖振分析精细化z桥梁风振概率评价方法z等效风荷载计算方法4.未来发展规划(续)4.4 风—雨—结构共同作用探索z以斜拉索风雨激振研究为基础z研究固柱体等简单型体在风、雨共同作用下的荷载和响应规律z研究桥梁构件在风、雨共同作用下的荷载和响应规律4.未来发展规划(续)4.5 桥梁抗风数值评价软件z气动参数数值风洞识别z桥梁抗风静力和动力效应数值分析z结合桥梁抗风设计规范的抗风性能评价z实现数值风洞方法代替物理风洞方法的科学梦想。

特大跨度桥梁抗风研究的新进展

特大跨度桥梁抗风研究的新进展随着科技的不断发展，特大跨度桥梁的设计与建设已成为工程界的热点话题。

然而，风荷载作为桥梁设计中的重要因素，对特大跨度桥梁的安全性与耐久性具有重大影响。

因此，开展特大跨度桥梁抗风研究具有重要的现实意义。

本文将介绍近年来特大跨度桥梁抗风研究的新进展，以期为相关领域的研究提供参考。

在过去的几十年里，特大跨度桥梁抗风研究得到了广泛。

通过对桥梁抗风性能的深入探讨，研究者们不断发展新的理论、技术和方法，以提高桥梁的抗风能力。

如今，特大跨度桥梁抗风研究已经取得了显著的成果，为世界各地的桥梁设计提供了有力支持。

近年来，特大跨度桥梁抗风研究在理论模型、数值模拟和实验研究等方面取得了重要进展。

例如，基于CFD（计算流体动力学）技术的数值模拟方法在特大跨度桥梁抗风性能分析中得到了广泛应用。

通过模拟不同风速、风向和地形条件下的桥梁响应，研究者们可以更准确地评估桥梁的抗风性能并优化其设计方案。

在特大跨度桥梁抗风研究中，一些关键技术发挥了重要作用。

例如，通过采用高精度模型模拟桥梁的风致振动效应，可以获得更准确的响应数据。

利用多目标优化算法进行抗风优化设计，可以显著提高桥梁的抗风性能。

然而，这些技术也存在一定的局限性。

例如，CFD模拟结果的准确性和可靠性仍需进一步验证，而多目标优化算法的效率和应用范围也需要进一步拓展。

一些成功的案例为特大跨度桥梁抗风研究的可靠性提供了有力证明。

例如，中国的苏通大桥采用先进的抗风设计和施工工艺，成功地抵抗了多次强风事件，确保了桥梁的安全运行。

法国的诺曼底大桥也采用了创新性的抗风措施，成功地减少了桥面风荷载和风致振动，为特大跨度桥梁的抗风设计提供了有益的参考。

特大跨度桥梁抗风研究在理论模型、数值模拟和实验研究等方面取得了重要进展。

然而，这些研究仍存在一定的局限性，需要进一步加以完善。

未来，随着计算技术和实验设备的不断发展，特大跨度桥梁抗风研究将会有更多新的突破。

例如，利用高性能计算平台进行大规模数值模拟计算，可以进一步提高计算效率和准确性；采用先进的传感器和测试技术，可以更准确地获取桥梁在风荷载作用下的响应数据；开展更加系统和深入的实验研究，可以更全面地了解桥梁抗风性能的影响因素和变化规律。

桥梁抗风设计、风洞试验及抗风措施

桥梁抗风设计、风洞试验及抗风措施?46?北方交通201l桥梁抗风设计,风洞试验及抗风措施刘长宏,刘春,宋俊杰(中国华西工程设计建设有限公司大连分公司,大连116000)摘要:桥梁应具有抵抗风作用的能力,特别是大跨度桥梁,其柔性较大,设计时必须考虑颤振,抖振,涡激振动等空气动力问题,通过抗风设计,风洞试验,抗风措施来确定桥梁风荷载和抗风性能是大跨度柔性桥梁抗风研究的主要手段.关键词:桥梁;风荷载;颤振;节段模型;风洞试验中图分类号:U442.59文献标识码:B文章编号:1673—6052(2011)10—0046—021桥梁抗风设计的目的桥梁抗风设计的目的在于保证结构在施工和运营阶段能够:(1)对于可能出现的最大静风荷载,桥梁不会发生强度破坏,变形和静力失稳.(2)为了确保桥梁的抗风安全性,桥梁发生自激发散振动(如颤振)的临界风速必须高于桥梁的设计风速,并具备一定的安全储备,即:临界风速>安全系数X设计风速.对于颤振验算,通常安全系数取为1.2.(3)对于限幅振动,尽管其振幅有限,但因其发生的频率高,可能会引起结构的疲劳损伤或影响结构正常使用,使行人感到不适以及影响施工的Jl~,N进行等,所以也应将桥梁可能发生的限幅振动的振幅减小到可以接受的程度,即:最大响应≤容许值. 2桥梁抗风设计桥梁抗风设计大体可分为结构设计和结构抗风性能检验两个阶段.2.1结构设计阶段这一阶段的工作内容包括对桥位处风速资料的收集,风观测,风的特性参数选取等.根据全国基本风压分布图,并考虑桥址处的地形地貌情况,桥梁高度和桥跨长度,自然风的特征等因素,确定桥梁的设计风速,设计风荷载和自激振动检验风速.设计内容是提出抗风设计对结构设计的多项要求,作为确定桥梁结构体系,各构件的材料,形状,尺寸等的参考.其中最重要的是结构体系的抗风性能设计和结构断面形状的气动选型.2.2结构抗风性能检验阶段该阶段包括静力抗风性能和动力抗风检验两部分.静力抗风检验包括根据规范或通过风洞试验确定结构断面的静力气动力系数,计算出作用在桥梁各个部分的静风荷载,进而计算出在静风荷载作用下的结构内力,变形,检验结构的静力稳定性.动力抗风检验包括桥梁在施工及运营状态时的颤振特性,涡激共振特性,抖振特性检验.采用风洞试验或半试验半理论的方法给出桥梁的颤振临界风速形态,涡激共振的发生风速和振幅估计,抖振振幅及其产生的惯性力.对于颤振临界风速的确定,下面列出VanDerPut的近似公式,以考证临界风速的影响因素.在桥梁初步设计阶段,通常可采用下式估算临界风速U:r厂■——～1U_【l+(8—0～√.721~)Jb式中:一主梁截面几何形状折减系数,对于目前用于悬索桥或斜拉桥的流线型扁平箱梁,该值约为0.7～0.9;对于截面较钝的混凝土箱梁,该值可低达0.3～0.5;8一桥梁的扭转频率与竖弯频率之比;r一主梁截面的惯性半径;一主梁单位长度质量与空气的质量比;(1)一竖弯频率;b一半桥宽.从上式大致可以看出,主梁截面越扁平,流线型越好,临界风速越高;桥梁的刚度越大,固有频率越高;主梁越重,临界风速越高.因此同样截面的混凝土主梁比钢主梁对抗风更为有利.3桥梁动力抗风设计的基本方针对于大跨度柔性桥梁,如悬索桥和斜拉桥的抗第10期刘长宏等:桥梁抗风设计,风洞试验及抗风措施?47? 风设计则应特别注意动力抗风设计.桥梁动力抗风设计的基本方针是:(1)提高结构的临界风速,使之大于设计风速,即不会发生危险性的发散型风致振动;(2)减少各种限幅风致振动(涡激共振,抖振等)的振幅,使之控制在可以接受的范围内.为了使桥梁在使用期间内,在预计的强风作用下不损害桥梁的安全性和使用性,首先应掌握架桥地点的强风特性,决定桥梁的设计风速,并据此推测风对桥梁的作用,校核抗风安全性.如果判断有可能会发生上述有害的振动,就应考虑适当的防止对策或进行设计变更.4风洞试验在确定风引起的桥梁响应时,通常可采用已有的理论分析和风洞模型试验等方法.但由于桥梁断面形状复杂多样,用纯理论分析方法求解作用在桥梁上的空气力及风致振动响应相当困难.因此,采用风洞模型试验仍是目前抗风设计最有效和最可靠的手段.风洞试验是空气动力学研究的一个十分重要且不可替代的手段.它是在风洞实验室模拟大气边界层的实际风环境和实际建筑结构,根据实验室中的模型响应考察实际结构响应.对于复杂环境下,有复杂外形的桥梁结构风效应研究,用其它手段很难进行时,风洞试验只需对实际条件作适当的简化,就可以达到研究目的.风洞试验是目前采用最普遍,最有效的研究手段.通过精心设计的各种风洞试验,可以预测实桥的空气静力稳定性,动力稳定性以及是否有影响正常使用的风致振动现象等.所谓风洞(windtunne1),通常指一个可产生气流的闭合环形管道.风洞的种类很多,一般可依照不同的用途,由其供试验用区域(称作试验段,试验模型置于此段)的截面积和风速大小加以划分.用于进行桥梁空气动力学研究的风洞,在早期都是利用低速航空的风洞,目前已逐步采用专门用于结构风工程研究的大气边界层风洞.大气边界层风洞具有较长的,并可以模拟大气边界层内自然风特性的试验段.试验段的截面积从几平方米至几十平方米不等,试验风速可以从很低的风速(一般为1～2m/s)到每秒数十米.5桥梁风洞模型试验方法根据试验的目的,桥梁风洞模型试验分为主梁节段模型静力试验,动力试验和全桥模型试验等. (1)节段模型静力试验是将主梁(成桥状态时还包括栏杆)按一定的几何比例做成模型,然后支撑在风洞中进行试验,以测定静力三分力系数(C,c和cM)等.(2)动力试验是用弹簧(模拟桥梁其余部分对主梁节段的弹性约束作用)将节段模型悬挂在风洞中进行试验,弹簧常数由相似条件决定.这种试验可以直接给出桥梁颤振临界风速的二维近似试验结果.因试验模型制作容易,费用少,时间省,这种试验得到广泛应用.(3)全桥模型则是将各部分构件的几何外形,质量和刚度按相似关系做成全桥模型,以使模型的固有振动特性与实桥相似,试验的目的是全面测定桥梁的临界风速,涡激振动和紊流引起的抖振的振幅.这种试验具有制作复杂,周期较长,费用昂贵,但真实可靠等特点.6桥梁结构及构件的抗风措施桥梁结构及构件的抗风措施大体上可分为两大类:一是改善结构的振动特性为目的的结构措施;二是以改善结构物的空气动力特性为目的的气动措施.(1)在大跨度斜拉桥或悬索桥的施工阶段中,结构体系处于不断转换区尚未成型,可能会出现比成桥后更为不利的状态,即刚度较小,变形较大,稳定性较差,甚至发生较大的风致振动响应的情况,其中稳定性问题也十分突出.一般说来,大跨斜拉桥在最大双悬臂状态和最大单悬臂状态的颤振稳定性比成桥状态要好.在最大双悬臂状态,主要会发生围绕桥塔的桥平面外的水平摆动以及平面内的竖向"翘翘板"振动,在桥塔中产生较大的内力,设置辅助墩或采用临时墩来减小悬臂长度是常用的方法;在最大单悬臂状态,强风作用下主梁的侧向和竖向抖振产生的惯性力较大,若振动不能接受,可以通过设置阻尼器以及临时风缆等方法来抑制振动.(2)悬索桥在安装初期的结构抗扭刚度主要由主缆提供,其扭转频率随主梁拼装长度的增加而增加.大跨度悬索桥主梁拼装的抗风低谷应避开大风期.若不能避开,可采用不对称施工方法,即不从中央对称拼装,而是偏高中央一定距离开始拼装主梁,待达到一定长度后再进行对称施工.(3)对于刚度相对较小的悬索桥,必须认真地考虑各种改善气动性能的导流措施以便同时解决颤振,涡振,斜振等各类风致振动问题.1500m以上跨度的悬索桥可能还要考虑采用中央开槽的分离箱断面以及增加交叉索形成空间索网等措施以提高结构?48?北方交通2011空心板粱桥拓宽结构新桥截面选取分析罗伟(沈阳公路工程监理有限责任公司,沈阳110000)摘要:应用梁格法建立空间有限元模型,对比分析了当新桥采用普通空心板和宽幅空心板时,旧桥的内力状态.并且分析了新桥截面的刚度以及跨径对旧桥减载效果的影响,对空心板梁桥拓宽结构的设计有一定的参考价值.关键词:空心板;梁格法;刚度;减载中图分类号:U495文献标识码:B文章编号:1673—6052(2011)tO一0048—03 1概述近年来我国的经济不断进步,交通事业繁荣兴盛,国家对基础设施的大力投资推动了公路建设行业的迅猛发展,也对我国公路工程建设提出了越来越高的要求.而我国较早建设的高速公路,如沈大,广佛,沪宁,京津塘,京珠,京沪等高速公路,绝大部分为四车道,随着交通量的不断增加,出现了严重的交通拥堵现象,影响了道路的通行能力与服务水平,为此不得不考虑建设第二通道或者扩建以缓解日趋紧张的交通压力.2国内外研究现状拼宽桥梁的关键是新,旧桥梁拓宽形式的选择,目前我国公路桥梁拓宽基本采用3种方式:(1)新旧桥梁的上,下部结构均不连接.这种方式的优点是新桥与旧桥各自受力明确,互不影响,施工难度小;缺点是在上部活载反复作用下,两桥主梁产生挠度不同,新桥与旧桥之间的沉降差异,可能会造成连接部位沥青铺装层破坏,进而在连接部位形成顺桥向裂缝和横桥墩向错台.(2)新旧桥的上,下部结构均连接.这种方式的优点是新桥与原桥联成整体,减小荷载作用下新老桥连接处产生过大的变形,拼接后桥梁整体性较好;缺点是由于新,旧桥基础沉降的不一致,导致桥梁附加内力增大,使连接处产生裂缝.(3)新旧桥梁的上部结构连接,下部结构分离.优点是由于下部分离,上部结构连接产生的内力对下步构造影响较小;缺点是新旧桥基础沉降的不一致会使上部结构产生较大的附加内力,可以适当增大桩径,减小新旧桥基础沉降的不一致对桥梁上部结构内力的影响.的刚度和气动性能,满足抗风要求.7结语抗风稳定性是控制大跨度桥梁成败的关键因素之一,在大跨度桥梁设计中,不仅要考虑承受风荷载的静力强度问题,还必须考虑空气动力稳定性问题.虽然通过抗风设计,风洞试验,抗风措施为桥梁抗风提供了强有力保障,但还需要进一步充实,完善,改进和提高.Wind—resistantDesign,WindTunnelTestandWind—resistantMeasuresforBridge AbstractThebridgeshouldbewiththecapacityofwind—resistantfunction,especiallythelarge—spanbridgewithhighflexibility,andaerodynamicproblemslikeflutter,buffeting,vortex—inducedvibrationandSOonmustbetakenintoaccountwhendesigning.Bymeansofwind—resistantdesign,windtunneltestandwind—re—sistantmeasurestodeterminewindloadandwind——resistantperformanceofthebridgeisthemainmeansofwind——resistantstudyoflarge—spanflexiblebridge.KeywordsBridge;Windload;Flutter;Segmentalmodel;Windtunneltest。

桥梁结构的抗风性能研究

桥梁结构的抗风性能研究桥梁是连接两个地块或跨越天然和人造障碍物的重要交通设施，而桥梁的稳定性在面对强风时尤为重要。

因此，研究桥梁结构的抗风性能对于确保桥梁的安全运行具有重要意义。

本文将探讨桥梁结构的抗风性能的研究进展和相关方法。

1. 引言桥梁结构在施工和运行过程中都会面临各种自然力的挑战，其中风力是最常见和重要的一种。

强风对桥梁的冲击力可能会导致结构的破坏，甚至引发事故。

因此，研究桥梁结构的抗风性能具有重要意义。

2. 抗风性能评估方法通过有效的抗风性能评估方法，可以了解桥梁结构在不同风速和风向情况下的表现，从而优化设计和提高结构的抗风能力。

常用的抗风性能评估方法包括风洞试验、数值模拟和实测等。

2.1 风洞试验风洞试验是通过模拟真实的风场环境来评估桥梁结构的抗风性能。

在风洞中，可以对不同尺度的模型进行试验，观察结构的响应和变形情况，以此评估桥梁在不同风速和风向下的表现。

2.2 数值模拟数值模拟是利用计算力学的方法，通过建立数学模型和进行数值计算来评估桥梁结构的抗风性能。

常用的数值模拟方法包括有限元方法、计算流体力学等。

数值模拟可以更加精确地分析桥梁结构在复杂风场下的响应和变形情况。

2.3 实测方法实测方法是通过对已建成的桥梁进行监测和实测，获取结构在实际风场环境下的响应和变形数据，从而评估抗风性能。

常用的实测方法包括加装风速测点、振动传感器等。

3. 影响抗风性能的因素桥梁结构的抗风性能受到多个因素的影响，包括结构形式、桥梁位置、风向、风速等。

3.1 结构形式不同的桥梁结构形式在抗风性能上可能存在差异。

例如，斜拉桥由于具有较大的桥面刚度和侧向刚度，相对于悬索桥和梁桥来说，其抗风能力较强。

3.2 桥梁位置桥梁位置的地理环境也会影响其抗风性能。

例如，在海岸线上的桥梁常常会受到强风和海浪的冲击，对结构的抗风能力提出更高要求。

3.3 风向和风速风向和风速是影响桥梁结构抗风性能的主要因素之一。

风向的改变会导致风荷载的方向也发生变化，而风速的增加会增加风荷载的大小。

桥梁抗风性能分析及风振控制技术的研究

桥梁抗风性能分析及风振控制技术的研究第一章：绪论桥梁作为重要的交通工具，对于各个行业的发展都有着至关重要的作用。

然而，桥梁在施工和使用中会受到风的影响，如何保证桥梁结构在强风或风震作用下的安全性，是桥梁设计和管理中亟待解决的问题。

桥梁的抗风性能，是指结构在受到风力作用时的抵御能力。

而风振控制技术，是指控制桥梁在风力作用下产生的振动，使其不受到破坏或影响通行安全的技术手段。

本文主要研究桥梁抗风性能分析及风振控制技术的研究。

第二章：桥梁抗风性能分析2.1 风荷载计算风荷载是桥梁受到风力作用的结果，因此合理计算风荷载是桥梁抗风性能分析的重要前提。

目前常用的风荷载计算方法有静风法和动风法两种。

静风法是指在建立结构初始状态下，通过受风面积、风向角和当地风速计算出各个结构部位所受的风力。

而动风法则通过数值模拟分析结构在不同风速和风向下的响应，得出结构各部位受到的风荷载。

2.2 抗风安全评估桥梁的抗风能力，不仅需要考虑各个结构部位的风荷载，还要综合考虑结构破坏可能性和严重程度。

因此，在桥梁抗风性能分析中，需要进行安全评估。

安全评估通常采用可靠度方法，将结构的性能随机变量（如材料强度、结构几何尺寸等）与设计指标相比较，得出结构在抗风作用下的可靠度，进而评估结构的安全性能。

第三章：风振控制技术研究3.1 吸振减震技术吸振减震技术是桥梁抗风振中的一种常见技术。

该技术主要通过安装振动减缓器或阻尼器来吸收结构的振动能量。

振动减缓器通常采用弹簧和质量块组成，通过结构的振动将振动能量转化成弹簧和质量块的动能，从而达到吸振减震的效果。

阻尼器则主要是利用液体或气体的粘滞作用，在结构振动时通过阻尼器对结构进行能量耗散，从而抑制结构振动。

3.2 主动控制技术主动控制技术是指通过主动力控制结构的振动，以达到控制风振的目的。

主动力可以通过电动机、液压缸等方式提供，可以根据结构的振动变化进行调整和控制。

主动控制技术需要对结构进行监测和控制，通常需要配备传感器和控制系统。

2012桥梁与建筑结构的抗风试验研究

桥梁与建筑结构的抗风试验研究同济大学土木工程防灾国家重点实验室济学宋锦忠内容风对结构作用的问题风对结构作用研究的风洞试验方法桥梁的风洞试验方法建筑结构的风洞试验方法桥梁与建筑结构的风振控制一、风对结构作用的问题、风对结构作用的问题1.1 近地自然风的特性风是一种力——大小方向风速随时空变化——平均风速脉动风速（紊流强度）——风速随离地高度变化风速剖面（指数律）空气流动的旋涡——紊流尺度、功率谱密度Î风对结构的作用是一种复杂力的作用、风对结构作用的问题（续）一、风对结构作用的问题1.2 风对结构的作用现象静力作用——结构静力失稳(发散、屈曲)(平均风) 结构变形或破损、外装饰(幕墙)、辅助设施破损、飞落强迫振动——顺风向抖振(疲劳)(脉动风、紊流) 横风向涡激振动、人感不适(起居、(脉动风紊流)横风向涡激振动(起居工作、行走)、风对结构作用的问题（续）一、风对结构作用的问题1.2 风对结构的作用现象（续）自激振动——自激性涡激共振(风与结构相互作用)单自由度自激发散振动()(扭转颤振、驰振)——耦合自激发散振动(弯扭耦合颤振)悬索桥斜拉桥——尾流驰振(尾索、输电线等)——缆索雨振(斜拉索)、风对结构作用的问题（续）一、风对结构作用的问题1.2 风对结构的作用现象（续）使用性与环境影响——建筑物周围的风环境恶化（风干扰）局部地区的风环境恶化（质量迁移）污染物扩散(汽车尾气、有害工业气体)风噪声(阳台、窗框、桥栏杆等)室内通风换气不良一、风对结构作用的问题（续）1.3 风对结构作用问题的研究方法理分析只有极少数问题有解析解理论分析—计算流体动力学(CFD)方法在迅速发展风洞试验—目前和今后一段时间的主要方法现场实测—最准确的方法，难于捕捉二、风对结构作用研究的风洞试验方法2.1 大气边界层风洞的特点及自然风模拟风洞——使空气按一定规律流动的管道风洞的分类——按用途、风速、尺寸、结构型式的分类按途速寸结构型式大气边界层风洞的特点——能模拟自然风特性——在较宽低风速区具有良好流场品质风洞中的自然风特性模拟——被动式方法（尖劈加粗糙元；格栅）——主动式方法（具有可控调节功能）二、风对结构作用研究的风洞试验方法（续）2.2 结构模型风洞试验的相似准则及相似参数相似准则——基于动力平衡方程结构：惯性力、弹性力、重力、阻尼力弹空气：惯性力、粘性力相似参数——模型与实际结构间的相似关系二、风对结构作用研究的风洞试验方法（续）2.2 结构模型风洞试验的相似准则及相似参数（续）无量纲参数名称物理意义I m均惯性参数结构物惯性力/流体惯性力/4222b U EI b U EF ,ρρ42b b ,ρρ匀流中弹性参数结构物弹性力流体惯性力重力参数6242d b U EJ b U GJ ,ρρωbg 的相似参（弗劳德数）结构物重力/流体惯性力粘性参数流体惯性力/流体粘性力ρUb 2U 数（雷诺数）阻尼参数（阻尼比）一个振动周期的耗散能量/振动总能量μζ二、风对结构作用研究的风洞试验方法（续）2.3 结构风洞试验的分类风洞模型静力支承动力支承刚体节段模型静力支承动力支承刚体整体模型气动弹性性态观测气动弹性整体模型三分力测定弹簧弹性支承强迫激振三分力或六分力测定气动弹性性态测定（弹簧支承）非定常压力测定斯特罗哈数测定定常压力测定气动弹性形态观测非定常气动力观测断面附近风速分布测定斯特罗哈数测定非定常气动力测定非定常压力测定非定常气动力测定非定常压力测定非定常压力测定二、风对结构作用研究的风洞试验方法（续）2.4 结构抗风试验的发展1940年Tacoma海峡桥的风毁事故1950年F.B.Farquharson Tacoma年q教授的桥风洞试验1960年A.G.Davenport教授提出紊流风理论1960年代大气边界层风洞的出现1990年代大型大气边界层风洞的建设——日本土木研究所（筑波）41m×4m×30m(立式回流式)——中国西南交大22.5m×4.5m×18m (直流下吹式)——同济大学15m×2m×14m (立式回流式)——丹麦DMI（海洋研究所）3.6m×1.7m×15m (立式回流式)三、桥梁的风洞试验方法3.1 桥梁的静力气动力测量目的：测定作用在桥梁上的静力气动力模型：刚体模型（主梁、塔柱、拉索等构件）——避免三元效应（端板辅助模型）要点避免三元效应（端板，辅助模型）测量仪器：应变式测力天平（三分力）三、桥梁的风洞试验方法（续）3.2 桥梁风致振动的二元简化研究方法目的：测定桥梁的振动响应及非定常气动力模型：弹簧悬挂二元刚体节段模型要点——避免流场中的干扰因素（用外支架）——结构阻尼的模拟(附加阻尼)结构阻尼的模拟附加阻尼测量：竖向平动与扭转运动仪器——加速度计——位移计——应变计（）三、桥梁的风洞试验方法（续）3.3 桥梁风致振动的二元简化研究方法目的：测定拉索的风雨激振响应模型：弹簧悬挂二元刚体拉索节段（实物）模型要点：拉索振动参数的模拟要点拉索振动参数的模拟拉索空间坐标的设定风速和雨量的控制外形的模拟测量：测定拉索的平面内、外的加速度值三、桥梁的风洞试验方法（续）3.4 三维全桥气弹模型的风洞试验目的：测定施工架设全过程及成桥的三维振动响应模型：三维气动弹性模型要点——满足结构力学、空气弹性力学相似条件——需要大试验段尺寸的风洞——自然风场的模拟测量：结构的振动响应颤振、涡激共振、抖振、驰振仪器——加速度计、位移计三、桥梁的风洞试验方法（续）• 3.5桥位风环境地形模型的风洞试验测定不同方向来流形成的桥位处风特性目的：测定不同方向来流形成的桥位处风特性模型：小比例大范围的地形刚体模型要点——需要自动定位的三维移测架——需要大试验段的风洞——需要充足数量的热线探头测量：各测点的平均风速和脉动风速四、建筑结构的风洞测试4.1 建筑物表面风压分布的测量目的：幕墙(覆面)设计、结构设计风荷载（积分得到）模型：刚体模型要点周围地貌、环境的模拟——测量仪器：压力扫描阀（电子式、机械式）要点——消除管路腔体谐振影响四、建筑结构的风洞测试（续）4.2 建筑结构的风力测试目的：建筑物整体或局部荷载模型：刚性模型要点脉动风力测量时，轻质刚性——脉动风力测量时轻质刚性测量仪器：六分力应变式天平要点——脉动风力测量时用高频测力天平——分段测量时的模型及天平安装四、建筑结构的风洞测试（续）4.3 建筑结构风致振动响应的风洞测试目的：结构的动力稳定性舒适度等效风荷载模型：单自由度模型（顺风或横风向振动）单自由度模型（顺风或横风向振动）二自由度模型（顺风＋横风向振动）多质点系模型（考虑高阶振动）气动弹性模型（三维多振型耦合振动）测量：加速度、位移四、建筑结构的风洞测试（续）4.4 建筑物风作用的其他问题高层建筑物间的风干扰（群体试验）建筑物的尾流效应（尾流测量）建筑物的风噪声（风噪声试验）质量迁移——堆积荷载（雪、沙）（地形试验）五、桥梁与建筑结构的风振控制5.1 几何形状的空气动力学优化桥梁主梁、塔柱断面形状的优化桥梁主梁、塔柱的附设导流措施桥梁主梁的开孔减压措施可动式（主动式）气动措施五、桥梁与建筑结构的风振控制（续）5.2 机械措施调谐质量阻尼器（TMD）——建筑物、桥梁调制液体阻尼器（TLD）——建筑物、桥梁调制液柱阻尼器（TLCD）桥梁——可动式（主动式）阻尼器5.3 结构措施截面形式（尺寸、外形等）结构体系（材料、空间布置、构造形式、支撑方式等）施工方案（对称与否、工作点分布等）Spiral Wires抑流板东营黄河公路大桥主梁断面2%1331513215132%46136********a)不开槽b)开槽4044伶仃洋工程西航道桥方案0.775 2.675 1.07532.523.45/22.825 3.75杨浦大桥主梁断面图矢田川桥主梁断面安装导流装置。

现代桥梁的抗风理论及其应用

现代桥梁的抗风理论及其应用随着我国基础建设的发展与进步，桥梁建设作为其中重要组成部分，发挥着不可替代的作用。

随着现代大跨度桥梁所占比例上升，风荷载已经成为桥梁设计中不可忽略的因素。

确保桥梁建设的质量要求，桥梁的抗风设计必不可少。

因此，研究现代桥梁抗风理论及其应用是十分有用以及必要的。

标签：桥梁建设；抗风理论；应用0 前言桥梁应能在各种自然灾害作用下保证交通的通畅。

随着现代桥梁的发展，风作为一种发生频率高的自然灾害，对桥梁产生了严重的威胁。

在这种情况下，保证桥梁的质量和安全就必须提高现代桥梁的抗风理论及应用。

1 桥梁风环境1.1 强风平均风速剖面桥梁的抗风设计必须要考虑近地层强风的作用。

在设计过程中，应对桥梁施工地点实际情况与施工高度的强风进行跟踪测量，采用的测量工具包括大气风廓线仪和超声风速仪。

通过相应的测量绘制强风平均风速剖面示意图，然后在桥梁施工过程中较为合理的开展工作，从而增强桥梁的抗风性能。

1.2 极值风速风向的统计分析桥梁建设过程中极值风速风向的统计分析对于桥梁的建设有很重要的作用。

在我国实际工程中通常使用三种极值分布概率模型进行分析。

在不同的地点，极端风速的分布在任一点各个方向上存在差异性。

大部分桥梁工程结构，特别是现代大跨桥梁结构在空间不同方位的差异更加明显。

1.3 近地风的风洞模拟大气边界层近地风的风洞模拟在桥梁设计中是不可或缺的步骤，风洞模拟按照有无控制部件可分为主动模拟与被动模拟两种类型，其中被动模拟主要是通过湍流边界层进行控制。

而主动模拟主要指可控制运动机构。

通过以上两种模拟方式的实施，我们能够更好地进行桥梁抗风的合理设计。

2 桥梁抗风研究方法2.1 风洞实验风洞实验研究既是空气动力效应研究的一个重要内容，也是一个最重要的手段。

Tacoma Narrows Bridge的风毁事故之后，使桥梁工程师们开始认识到风不仅仅是静力作用，从而开启了全面研究大跨度桥梁风致振动和气动弹性理论的序幕。

桥梁抗风设计分析

桥梁抗风设计分析摘要：桥梁设计对于交通行业的发展有着至关重要的意义，在施工过程中，保证桥梁建设的合理性也愈发关键。

本文阐述了桥梁抗风设计的意义，从桥梁强迫共振与自激振动两方面入手，探讨了切实提高桥梁抗风设计的方案。

旨在提高我国桥梁施工质量，为人们的生产生活提供保障，加强国家的综合国力。

关键词：桥梁；抗风设计；涡激共振；颤振引言：近年来，随着城市化发展加快，桥梁建设也在不断增加。

但在桥梁设计施工过程中，部分设计人员缺少对桥梁防风设计理念与技术含量的深入研究，缺乏针对相关技术水平的专业性了解，导致桥梁的防风性不达标，影响使用年限。

因此，应提高设计施工人员的重视程度，采用合理的技术手段，改善桥梁抗风性能。

1桥梁抗风设计分析意义风灾是常见的自然灾害之一，也是威胁桥梁安全的主要因素，它不仅影响了人们的正常出行，更会对桥体本身造成伤害，严重者更会直接摧毁桥梁。

在传统的桥梁设计环节中，设计人员往往会忽视风对于桥梁的影响作用，导致完工桥梁存在着较多的安全隐患。

近年来，随着桥梁跨度的增加，造成桥梁受风影响而变形的原因探讨也越来越受到人们的重视。

通过研究表明，桥梁风灾影响主要分为两种，一种是强迫共振，另一种是自激振动。

强迫共振能够造成桥梁结构疲劳，影响行车的安全性与舒适性，而自激振动的振力较强，对于桥梁有着毁灭性打击[1]。

在进行桥梁设计过程中，如何实现在建造当地的最大风速环境下，桥梁结构不会出现毁坏现象，保证其安全、可靠，成为当下桥梁抗风设计的主要问题。

在使用年限内，桥梁的强度应符合设计要求，避免出现静力失衡情况。

应尽量减少强迫共振的发生概率，降低结构疲劳对于桥梁质量的影响，保证桥上行车安全。

利用气动措施、机械措施、结构措施等技术手段，提高桥梁的抗风能力，做好桥梁抗风工作。

2控制强迫振动，抑制涡激共振涡激共振是指从流体的角度来分析，任何非流线型物体，在一定的恒定流速下，都会在物体两侧交替地产生脱离结构物表面的旋涡。

桥梁抗风理论研究与应用

低驰振的影响。
四、结语
翼和桥面颤振导数等方面的研究成果，为桥梁颤振理论逐步奠定基础。从２０世纪８Ｏ年代开始，随着
国内大型桥梁跨度的屡屡突破，在桥梁设计中பைடு நூலகம் 须
二、桥梁抗风研究方法确定风环境之后，可以进行桥梁结构抗风设计与计算。考虑到桥梁结构的复杂性，以及抗风理论
对湍流积分尺度等的模拟还有所不足。针对于此，
可以将被动模拟中的固定尖劈换成主动振动的尖劈，注入低频湍能可以对湍流积分尺度等进行模拟，
通过调整被动模拟参数可以保证各参数的模拟精
度。
１．颤振机理及控制研究颤振机理研究以定量分析为基础，因此需要在
【关键词】桥梁抗风理论研究
究，结果表明台风湍流强度明显偏大，湍流作用更
强。
１９４０年秋季，位于美国华盛顿州的旧Ｔａｃｏｍａ悬索桥在风力作用下垮塌，这次事故给全球的桥梁
４．近地风风洞模拟研究
近地风风洞模拟技术根据控制部件的不同可分为主动、被动模拟两种，主动模拟有可控制运动机构，被动模拟依赖格栅等形成湍流边界层，不需要
工程界带来巨大冲击，催生了桥梁风工程学的建立和发展。经过此次事故，桥梁工程师们认识到风的
桥梁抗风研究需要对风致结构效应尤其是结构
风振机理进行研究，在桥梁结构无法满足抗风要求
时需提出控制措施，因此风振机理及控制研究十分

风对桥梁的影响及进一步研究措施

风对桥梁的影响及进一步研究措施近年来，国内外大跨度斜拉桥梁在下雨时发生剧烈的“雨振”以及并列布置的斜拉索发生剧烈的尾流驰振的报道也越来越多。

所有这些现象都表明，风对桥梁的作用尤其时风对大跨度桥梁的动力作用是桥梁中不容轻视的重要问题。

本文主要讲述了风对桥梁的静力作用及动力作用，其中详细分析了风对桥梁的动力作用。

同时，对大跨度桥梁的风致效应估算与评价以及制振对策进行了探讨。

最后给出了风对桥梁作用的研究中需要进一步探讨的几个问题。

标签：风工程桥梁影响随着交通运输业的发展，大跨度桥梁（斜拉桥和悬索桥）已成为当今桥梁建设中的主流，自80年代以来，大跨度桥梁建设得到了迅速发展。

经调查发现，自1918年起至少已有11座悬索桥遭到风毁。

其中一个典型的事故是1940年美国塔科马悬索桥在19/m的8级大风下因扭转而发散振动而坍塌。

塔科马悬索桥的事故引起了桥梁工程界的震惊，也促进了风对桥梁作用的研究。

1 风静力对桥梁结构的影响当结构刚度较大因而几乎不振动，或结构虽有轻微振动但不显著影响气流经过桥梁的绕流形态，因而不影响气流对桥梁的作用力，此时风对桥梁的作用可以近似看作为一种静力荷载。

桥梁载静力荷载作用下有可能发生强度、刚度和稳定性问题。

如现行桥梁规程中所规定的那样，主要考虑桥梁在侧向风荷载作用下的应力和变形，另外对于升力较大的情况，也需要考虑竖向升力对结构的作用。

对于柔性较大的特大跨度桥梁，则还需要考虑侧向风荷载作用下主梁整体的横向屈曲，其发生机制类似于桥梁的侧向整体失稳问题以及在静力扭转力矩作用下主梁扭转引起的附加转角所产生的气动力矩增量超过结构抗力矩时出现的扭转失稳现象。

在考虑风对桥梁的静稳定性影响时，扭转发散是桥梁静稳定问题中最典型的一种。

用线性理论方法研究桥梁的扭转发散时，认为桥梁扭转发散临界风速远高于桥梁颤振临界风速；但是随着桥梁跨度超出1000m以后，非线性效应逐渐增大，日本东京大学和同济大学在全桥模型风洞试验中都在颤振发生前观察到扭转发散现象，这也是在大跨度桥梁的设计中应该注意到的一个问题。

浅析现代桥梁的抗风理论及其应用

浅析现代桥梁的抗风理论及其应用随着我国基础设施建设等级的不断提高，现代桥梁的建设质量受到了更高的关注，现代桥梁的抗风性能是决定桥梁质量的关键性因素，分析现代桥梁在抗风方面的理论，并制定相关措施的执行方案，对提升现代桥梁的质量至关重要。

标签：现代桥梁；抗风理论；应用0 前言橋梁对抗风性能的要求较高，因此，保证桥梁的安全性和实用价值必须从提升桥梁的抗风理论入手，实施模型构建的方法对现代桥梁的抗风理论进行研究是一种科学的方法，能够很大程度上提升现代桥梁的理论研究水平。

1 现代桥梁的风环境1.1 强风均匀速度剖面设计人员在进行桥梁的抗风理论研究过程中，必须对现代桥梁的设计方案具备全面的认识，尤其要关注现代桥梁距离地面较近的位置的风速情况，避免过高的风速影响现代桥梁的安全等级。

现代桥梁的抗风设计需要根据桥梁不同高度和结构进行等级划分，强风结构的设计是现代桥梁抗风系统的重点，要首先明确桥梁不同抗风区域的具体高度，并且对桥梁的强风状态进行控制，以便桥梁能够根据风速的具体情况实施桥梁的结构测算[1]。

可以使用大气风廓线仪作为主要的测量用具，并且根据大风的具体等级进行强风状态的控制，要保证使用大气风廓线仪的过程中器械处于垂直状态，并且使用雷达装置进行搭配使用，保证进行强风测算的过程具备较高的简洁性特点，并且能够对桥梁的抗风需求进行满足。

1.2 风速和风向的极值统计在进行现代桥梁的抗风设计中，需要根据桥梁周边区域的风速和风向进行设计，因此，要对桥梁所在区域的具体风速和风向进行控制，要调取桥梁所在地区的历史风速资料，对桥梁区域的最大风速进行明确，以便桥梁的抗风设计方案能够有效保证桥梁承受最大风力。

要根据桥梁的风速情况进行风速测算模型的建立，在进行抗风设计的过程中，使用风速模型对桥梁的抗风受力情况进行模拟，以便设计人员能够精准的通过桥梁的抗风设计实现桥梁抗风性能的提高[2]。

要根据对历史资料的分析对桥梁最大风速情况进行测算，根据当地最大风速的等级，对模型的构建流程进行控制，要保证模型的使用过程中能够受到来自不同方位的同等级风速的影响，以便模型的测算能够同桥梁的实际建设需求保持一致，要使用均匀的测算方法对桥梁的模型进行设计，在进行规模较大的桥梁设计中，必须保证模型能够适应桥梁的跨度需求，如果桥梁需要在空间内进行较大范围的更改，则需要按照桥梁的变化尺度对桥梁的设计模型进行更改。

桥梁设计抗风措施与技术研究

桥梁设计抗风措施与技术研究在咱们的日常生活中，桥梁那可是起着至关重要的作用。

您想想，要是没有桥梁，咱们得绕多少冤枉路呀！但您知道吗，桥梁要想稳稳地立在那里，可不光是把砖头石头堆一块儿就行，还得考虑好多因素，其中风就是个大挑战。

我记得有一次去旅行，经过一座大桥。

那风呼呼地吹，我站在桥上都感觉有点晃悠，心里那叫一个紧张。

从那时候起，我就对桥梁抗风这个事儿特别上心。

咱先来说说为啥风对桥梁能有这么大影响。

风就像个调皮的孩子，一会儿使劲推，一会儿又猛拉。

要是桥梁的设计不合理，风就能把桥吹得摇摇晃晃，甚至可能造成严重的损坏。

比如说，有的桥梁跨度特别大，就像一个长长的扁担，风一吹，中间部分就容易弯曲变形。

为了对付风这个“捣蛋鬼”，工程师们可是想出了不少妙招。

首先就是优化桥梁的外形。

就像咱们人要打扮得漂亮得体一样，桥梁也得有个好看又实用的外形来对抗风。

比如说，把桥梁的截面设计成流线型，这样风就能顺畅地“滑”过去，减少阻力。

还有呢，就是给桥梁加上一些“稳定器”。

比如说，在桥上安装一些风屏障，就像是给桥梁穿上了一件防风的衣服，能把风挡住或者改变风的方向。

我曾经在一个施工现场看到，工人们正在仔细地安装这些风屏障，每个螺丝都拧得紧紧的，那认真劲儿，真让人佩服。

另外，利用先进的技术进行风洞试验也是必不可少的。

把桥梁的模型放进一个大大的风洞里，模拟各种风的情况，看看桥梁能不能经受住考验。

这就好比让桥梁提前经历一场“风的考试”，发现问题及时改进。

在材料的选择上也有讲究。

要用强度高、韧性好的材料，这样桥梁才能更坚固，不容易被风吹坏。

而且，监测系统也不能少。

就像给桥梁装了一双“眼睛”，随时观察风的情况和桥梁的反应。

一旦有异常，就能及时采取措施。

总之，桥梁设计中的抗风措施和技术那可真是一门大学问。

工程师们得像聪明的诸葛亮一样，想出各种巧妙的办法来应对风的挑战，让咱们的桥梁能够稳稳地立在那里，为大家的出行保驾护航。

希望未来，咱们能有更多更先进的抗风技术，让桥梁更加安全可靠！。

桥梁抗风设计的理论与实践

桥梁抗风设计的理论与实践桥梁，作为连接两地的重要交通设施，不仅要承受自身的重量和车辆的荷载，还要应对自然界中各种复杂的力量，其中风就是一个不可忽视的因素。

在强风作用下，桥梁可能会发生振动、变形甚至倒塌，给人们的生命财产安全带来巨大威胁。

因此，桥梁抗风设计至关重要。

要理解桥梁抗风设计，首先需要了解风对桥梁的作用方式。

风可以产生静力作用和动力作用。

静力作用包括风压力、风吸力等，它们会直接影响桥梁的稳定性。

而动力作用则更为复杂，如风致振动，包括颤振、抖振和涡振等。

颤振是一种自激振动，可能导致桥梁结构的毁灭性破坏；抖振是由风的紊流引起的随机振动，虽然一般不会导致桥梁的直接破坏，但长期作用下会引起结构的疲劳损伤；涡振则是由于风流绕经桥梁结构时产生的周期性漩涡脱落引起的，虽然通常振幅较小，但在特定条件下也可能影响桥梁的使用性能和舒适性。

在桥梁抗风设计的理论方面，空气动力学是基础。

通过对桥梁周围气流的流动特性进行研究，可以预测风对桥梁的作用。

这需要运用流体力学的原理和方法，结合数值模拟和风洞试验等手段。

数值模拟利用计算机软件对风场和桥梁结构的相互作用进行计算和分析，能够快速获得大量数据，但需要准确的模型和边界条件。

风洞试验则是将桥梁模型置于风洞中，通过测量风的流速、压力以及模型的响应来直接观测风的作用效果，试验结果较为可靠，但成本较高且耗时较长。

桥梁抗风设计的理论还包括结构动力学的知识。

桥梁作为一种结构体系，其固有频率、振型等动力特性对风致振动的响应有着重要影响。

通过合理地设计桥梁的结构形式、尺寸和材料，可以改变其动力特性，从而提高抗风性能。

例如，增加桥梁的刚度可以降低振动的幅度，但同时也会增加结构的自重和造价，因此需要在两者之间进行权衡。

在实践中，桥梁抗风设计需要综合考虑多种因素。

首先是桥梁的地理位置和环境条件。

不同地区的风况差异很大，需要根据当地的风速、风向、风的紊流特性等进行针对性设计。

例如，在沿海地区或山区，风的强度和变化可能更为复杂，对桥梁抗风性能的要求也更高。