大跨度桥梁的风致振动现象
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充分条件： 必要条件： 驰振临界风速计算公式：
其中CL和CD为升力系数和阻力系数，需要通 过静力三分力风洞试验获得。
涡振
限幅振动 影响使用
常遇风速 需要控制
Stronhal数及“锁定”现象
St
fd U
发生涡激共振的结构 的对旋涡的脱落会产
生一种反馈作用，使
旋涡脱落频率在一定
的风速范围内被“俘
获”或“控制”（保
全桥气弹 模型试验
研究大跨度桥梁运营态和典型施工态的 气动弹性行为，包括颤振临界风速，脉 动风作用下桥梁的抖振响应。
桥位处风 环境试验
通过在风洞中模拟实际桥位处的风环境， 获取桥位风场特性，为桥梁的抗风设计提 供必要的风场参数。
风洞介绍（直流风洞）
进气口
第一试验段
三元收缩段
第二试验段 动力段
第一稳定段
XNJD-1风洞建于1989年，为双试验段的回流风洞。 XNJD-2风洞建于2002年，为斜拉索风雨振专用风洞。 XNJD-3风洞建于2008年，为世界第一大的边界层风洞。
表示脉动风速与抖振力之间的转换函数，称 为气动导纳函数，用来修正桥梁断面周围紊流的 非定常性和不完全相关性。对于不同的桥梁断面， 气动导纳是不同的，需要通过风洞试验测定。
斜拉索风雨振
一定的风速 一定的雨量 一定的拉索
损坏拉索 必须避免
风雨振的减振措施
常规的桥梁风洞试验
主梁节段 测量桥梁断面气动力参数，测量主梁的 模型试验 风致振动，主梁断面的气动选型。
桥梁的自激气动力
运动产生 折算风速 颤振导数
颤振
发散振动 灾难性的
必须避免
桥梁颤振风速的计算公式
Von der Put 公式
Selberg 公式
扭弯频率比越大，颤振临界风速越高. 质量(质惯矩)越大，颤振临界风速越高. 桥。梁越接近流线型，颤振临界风速越高.
驰振
振幅很大 损坏桥梁
必须避免
驰振稳定性判据
大跨度桥梁风致振动分类
颤振(Flutter) 驰振(Galloping) 涡振(Vortex-Induced Vibration) 抖振(Buffeting) 雨振(Rain-Induced Vibration)
风对桥梁的作用力
风速 紊流度 漩涡尺度 能量分布
桥梁的振动特性
通过有限元模型计算获得
长安大学风洞实验室
试验段长15.0 m，试验断面宽3.0 m，高2.5 m，最 大风速53m/s。
湖南大学风洞实验室
高速试验段：长17 m，宽3 .0m，高2.5 m，最大风速60 m /s； 低速试验段：长15 m，宽5.5 m，高4.4 m，最大风速16 m /s 。
西南交通大学风洞实验室
二元收缩段
第一扩散段
第二扩散段
出气口
风洞介绍（回流风洞）
主梁三分力测试试验
主梁动力模型试验
吊杆及拉索动力模型试验
大比例尺节段模型涡激振动试验
全桥气动弹性模型试验
裸塔气动弹性模型试验
桥位处风环境试验
桥梁风工程的研究机构
加拿大西安大略大学风洞试验室： 丹麦海洋大学风洞试验室； 英国BMT流体力学公司风洞试验室； 意大利米兰理工大学风洞试验室； 日本土木省筑波风洞试验室； 韩国全北现代大学风洞试验室； 中国同济大学、西南交通大学、湖南大学、长安大学
大断面：宽4.5米，高2.5米，长27.7米，最大风速40m/s，主要用于高耸和长大结构试验。 小断面：宽2.5米，高2.0米，主要用于风环境试验和节段模型试验
同济大学风洞实验室
TJ-1 大气边界层风洞：实验段 1.8 米高×1.8米宽，风速1～30 米/秒； TJ-2 大气边界层风洞：实验段 2.5 米高×3.0米宽，风速3～67 米/秒； TJ-3 大气边界层风洞：实验段 2.0 米高×15米宽，风速0.5～17 米/秒；
加拿大西安大略大学风洞实验室 Boundary Layer Wind Tunnel of University of Western Ontario
BLWT-2：建于1984年，宽3.4米，最大高 度2.5米，长39米，最大风速30m/s。
BLWT-1 ：建于1965年，宽 2.4米，最大 高度2.1米，长33米，最高速度为15m/s
意大利米兰理工大学风洞 Wind Tunnel at Polytechnic University of Milan，Italy
英国BMT流体力学公司风洞 Wind Tunnel at BMT Fluid Mechanics，Britain
丹麦海洋研究所边界层风洞 Boundary Layer Wind Tunnel at the DMI，Denmark
大跨度桥梁的风致振动现象
西南交通大学风工程研究中心 2012.8
世界范围内的著名悬索桥
世界范围内的著名斜拉桥
世界范围内的著名拱桥
几个问题：
大跨度桥梁会被自然界的风吹毁吗？ 修建大跨度或超大跨度桥梁的制约因素？ 大跨度桥梁在风的作用下会如何表现？ 风洞试验只用于飞行器或汽车吗？
TACOMA桥的风毁
韩国全北国立大学风洞实验室 Wind Tunnel of Chonbuk National University, South Korea
日本鹿岛技术研究所风洞实验室 Wind Tunnel laboratory of Kajima Technical
Research Institute, Japan
持不变），产生了一
种“锁定”现象。
抖振
有风，有抖振
PSD
位移(mm)
15 10
5 0 -5 -10 -15 -20
0
迎风 侧 背风侧
10
20
30time(s)40
50ห้องสมุดไป่ตู้
60
50
40
30
迎风 侧
20
背风侧
10
0
0
1
2
3
4 fre5quenc6e(hz)7
8
9 10
限幅振动 影响使用 有危害性
抖振力的计算公式
其中CL和CD为升力系数和阻力系数，需要通 过静力三分力风洞试验获得。
涡振
限幅振动 影响使用
常遇风速 需要控制
Stronhal数及“锁定”现象
St
fd U
发生涡激共振的结构 的对旋涡的脱落会产
生一种反馈作用，使
旋涡脱落频率在一定
的风速范围内被“俘
获”或“控制”（保
全桥气弹 模型试验
研究大跨度桥梁运营态和典型施工态的 气动弹性行为，包括颤振临界风速，脉 动风作用下桥梁的抖振响应。
桥位处风 环境试验
通过在风洞中模拟实际桥位处的风环境， 获取桥位风场特性，为桥梁的抗风设计提 供必要的风场参数。
风洞介绍（直流风洞）
进气口
第一试验段
三元收缩段
第二试验段 动力段
第一稳定段
XNJD-1风洞建于1989年，为双试验段的回流风洞。 XNJD-2风洞建于2002年，为斜拉索风雨振专用风洞。 XNJD-3风洞建于2008年，为世界第一大的边界层风洞。
表示脉动风速与抖振力之间的转换函数，称 为气动导纳函数，用来修正桥梁断面周围紊流的 非定常性和不完全相关性。对于不同的桥梁断面， 气动导纳是不同的，需要通过风洞试验测定。
斜拉索风雨振
一定的风速 一定的雨量 一定的拉索
损坏拉索 必须避免
风雨振的减振措施
常规的桥梁风洞试验
主梁节段 测量桥梁断面气动力参数，测量主梁的 模型试验 风致振动，主梁断面的气动选型。
桥梁的自激气动力
运动产生 折算风速 颤振导数
颤振
发散振动 灾难性的
必须避免
桥梁颤振风速的计算公式
Von der Put 公式
Selberg 公式
扭弯频率比越大，颤振临界风速越高. 质量(质惯矩)越大，颤振临界风速越高. 桥。梁越接近流线型，颤振临界风速越高.
驰振
振幅很大 损坏桥梁
必须避免
驰振稳定性判据
大跨度桥梁风致振动分类
颤振(Flutter) 驰振(Galloping) 涡振(Vortex-Induced Vibration) 抖振(Buffeting) 雨振(Rain-Induced Vibration)
风对桥梁的作用力
风速 紊流度 漩涡尺度 能量分布
桥梁的振动特性
通过有限元模型计算获得
长安大学风洞实验室
试验段长15.0 m，试验断面宽3.0 m，高2.5 m，最 大风速53m/s。
湖南大学风洞实验室
高速试验段：长17 m，宽3 .0m，高2.5 m，最大风速60 m /s； 低速试验段：长15 m，宽5.5 m，高4.4 m，最大风速16 m /s 。
西南交通大学风洞实验室
二元收缩段
第一扩散段
第二扩散段
出气口
风洞介绍（回流风洞）
主梁三分力测试试验
主梁动力模型试验
吊杆及拉索动力模型试验
大比例尺节段模型涡激振动试验
全桥气动弹性模型试验
裸塔气动弹性模型试验
桥位处风环境试验
桥梁风工程的研究机构
加拿大西安大略大学风洞试验室： 丹麦海洋大学风洞试验室； 英国BMT流体力学公司风洞试验室； 意大利米兰理工大学风洞试验室； 日本土木省筑波风洞试验室； 韩国全北现代大学风洞试验室； 中国同济大学、西南交通大学、湖南大学、长安大学
大断面：宽4.5米，高2.5米，长27.7米，最大风速40m/s，主要用于高耸和长大结构试验。 小断面：宽2.5米，高2.0米，主要用于风环境试验和节段模型试验
同济大学风洞实验室
TJ-1 大气边界层风洞：实验段 1.8 米高×1.8米宽，风速1～30 米/秒； TJ-2 大气边界层风洞：实验段 2.5 米高×3.0米宽，风速3～67 米/秒； TJ-3 大气边界层风洞：实验段 2.0 米高×15米宽，风速0.5～17 米/秒；
加拿大西安大略大学风洞实验室 Boundary Layer Wind Tunnel of University of Western Ontario
BLWT-2：建于1984年，宽3.4米，最大高 度2.5米，长39米，最大风速30m/s。
BLWT-1 ：建于1965年，宽 2.4米，最大 高度2.1米，长33米，最高速度为15m/s
意大利米兰理工大学风洞 Wind Tunnel at Polytechnic University of Milan，Italy
英国BMT流体力学公司风洞 Wind Tunnel at BMT Fluid Mechanics，Britain
丹麦海洋研究所边界层风洞 Boundary Layer Wind Tunnel at the DMI，Denmark
大跨度桥梁的风致振动现象
西南交通大学风工程研究中心 2012.8
世界范围内的著名悬索桥
世界范围内的著名斜拉桥
世界范围内的著名拱桥
几个问题：
大跨度桥梁会被自然界的风吹毁吗？ 修建大跨度或超大跨度桥梁的制约因素？ 大跨度桥梁在风的作用下会如何表现？ 风洞试验只用于飞行器或汽车吗？
TACOMA桥的风毁
韩国全北国立大学风洞实验室 Wind Tunnel of Chonbuk National University, South Korea
日本鹿岛技术研究所风洞实验室 Wind Tunnel laboratory of Kajima Technical
Research Institute, Japan
持不变），产生了一
种“锁定”现象。
抖振
有风，有抖振
PSD
位移(mm)
15 10
5 0 -5 -10 -15 -20
0
迎风 侧 背风侧
10
20
30time(s)40
50ห้องสมุดไป่ตู้
60
50
40
30
迎风 侧
20
背风侧
10
0
0
1
2
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4 fre5quenc6e(hz)7
8
9 10
限幅振动 影响使用 有危害性
抖振力的计算公式