梁索耦合结构的风致涡激振动

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一种用于索-梁耦合振动试验的装置[发明专利]

专利名称：一种用于索-梁耦合振动试验的装置专利类型：发明专利
发明人：杨亚强,周姊娴,周道传,吴必涛,杨辉
申请号：CN202111373928.0
申请日：20211119
公开号：CN114061878A
公开日：
20220218
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种用于索‑梁组合结构振动试验的装置。

属于试验测试装置领域，包括反力墙装置、拉索和悬臂梁装置，所述反力墙装置包括反力墙连接板、拉索固定件和拉索连接件，所述悬臂梁装置包括主梁、拉索定位块、拉索锚固棒、索力传感器和固定螺母。

本发明的用于索‑梁组合结构振动试验的装置结构简洁、易于操作、实用经济，能够实现单索‑梁、双索‑梁或多索‑梁组合结构的模型振动实验，在保证索力与张拉角度准确的同时，实现面内、面外振动模拟，能够模拟交通荷载(面内振动)、风荷载(面外振动)作用下斜拉索‑主梁的耦合振动行为，因此本发明专利可用于测试多荷载作用下斜拉桥的索‑梁耦合振动特性。

申请人：江苏科技大学
地址：212008 江苏省镇江市丹徒区长晖路666号
国籍：CN
代理机构：南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人：曹坤
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大跨桥梁风效应的涡动力学机理与控制

项目名称：大跨桥梁风效应的涡动力学机理与控制推荐单位：哈尔滨工业大学项目简介：我国大跨桥梁数量世界第一，缆索承重桥梁是大跨度桥梁最主要的桥型。

缆索承重大跨度桥梁柔性大、阻尼小，是风敏感结构，易产生多类复杂风效应，甚至导致桥梁破坏倒塌，严重威胁桥梁安全与服役状态。

桥梁结构风效应本质上是由钝体绕流，并由此产生的流动分离和旋涡运动诱发的。

旋涡是流体运动的肌腱，对桥梁结构风效应具有决定性作用。

但大跨度桥梁因气动外形复杂、风场不均匀和三维流固耦合效应，桥梁结构涡动力行为及其机理是桥梁风工程领域长期面临的难题。

本项目针对缆索承重大跨度桥梁主梁和拉索两类生命线构件风效应，在国内外率先发现了其旋涡时空分布等涡动力学行为和旋涡与结构振动耦合作用机理，提出了基于涡动力学的桥梁结构风效应控制原理和方法，形成了桥梁结构涡动力学及其控制理论。

重要科学发现如下：1.大跨度桥梁分离式主梁风效应涡动力学行为与机理。

发现了分离式双箱梁绕流场空隙旋涡、多旋涡共存及其空间分布特征、以及空隙流动模态突变等独特的涡动力行为，得到了箱梁间流态突变的临界空隙比，揭示了分离式箱梁独特涡动力行为形成机理；发现了分离式双箱梁涡激振动全过程涡动力行为（旋涡形成、分布、相互作用、时空演化规律），建立了旋涡空间分布与结构振动的能量传输关系，发现运动致空隙旋涡是分离式双箱梁大幅涡激振动的控制因素，揭示了分离式双箱梁涡激振动流固耦合作用机理。

2.大跨度桥梁斜拉索风效应涡动力学行为与机理。

针对斜拉索风雨振，发明了斜拉索水线超声检测技术，揭示了水线几何特征和运动规律，发现了风雨激振水线运动与拉索振动低频同频锁定机理；监测了超长斜拉索高阶多模态涡激振动，发现了剪切流场诱发斜拉索尾流旋涡脱落频率轴向非一致性、行波效应与梯阶锁定特征，提出了斜拉索多模态涡激振动参与模态预测方法；揭示了长期服役下斜拉索腐蚀和力学性能演化规律，建立了单丝强度概率分布与斜拉索承载力之间关系模型，提出斜拉索全寿命承载力评价方法。

《振动工程学报》第24卷总目录

移动荷载作用下饱和地基上板式轨道动力分析 …… …… ……… …… …… 蔡袁强，王玉，曹志刚（一８）Ｉ４液下泵转子系统动力学及设计参数分析 …… …… …… …… ……… …… …… ……… …… … 谭善光（一５）Ｉ５
混凝土梁式构件弹性模量的应变率效应研究 … …… …… …… …… … 邹笃建，刘铁军，滕隔震桥梁地震反应的最优主动控制力特性研究
军，（Ⅱ １０等－７）
…… …… …… …… …… ……… … 汪志昊，陈政清（Ⅱ １５一７） … 崔旭利，陈怀海，贺旭东，等（Ⅱ １１一８）
全相位Ｈ响函数估计在ＭＩ频ＭＯ随机振动试验控制中的应用
模态响应识别的粒子群优化方法在倾转旋翼机上的应用 …… …… …… ……… … 杨朝敏，品奇（Ⅱ １６夏－８）
新型运输机机翼的颤振特性分析 … ……… … ……… …… …… …… …… ……… … 崔
轴对称横观各向同性土体中桩的扭转振动响应研究
…… …… ……… … 张智卿，奎华，靳建明（一０）王Ｉ６
用于近场声全息正则化的共轭梯度法 … …… …… ……… … ……… … 贺春东，传兴，徐亮，等（一７）毕Ｉ６圣女果运输包装件振动冲击性能实验研究 … …… …… …… ……… … 张连文，传民，孟宪文，等（一３）杨Ｉ７基于局部均值分解的循环频率和能量谱在齿轮故障诊断中的应用

结构风工程讲义--涡激振动

结构风工程学习资料---涡激振动当风流经细长钝体时，会产生流动分离以及周期性的旋涡脱落，从而在钝体上下表面出现正负压力的交替变化，这种压力的交替变化形成作用于钝体的涡激气动力，在一定条件下，会引起结构在横风向或扭转方向发生涡激共振。

涡振是一种带有强迫和自激双重性质的风致限幅振动，是结构中一种常见的风致振动。

涡振虽不具有很强的破坏性质，但由于其发生风速较低，长时间持续的振动将会造成结构损伤或疲劳破坏。

对于高层建筑，涡振引起的加速度会影响人的居住。

对于桥梁，涡振会影响行车的舒适性和安全性。

研究涡振主要关心三个问题：涡振风速、涡振频率和振幅。

1.2 涡激振动研究简介达·芬奇通过对水流的深入地观察、深刻的理解涡的运动形态，第一次提出了“涡”（eddy）的概念（Frisch, 1995）。

他一生画了许多幅关于流体运动的画，如图所示。

达芬奇通过二维的静止画面将流动和涡的不定常、三维图画描绘的熠熠如生。

就象图中的老人观察到的，钝体后面总是有涡街。

此后的多位科学家均是在达·芬奇画作的启发下对流体展开的研究。

涡在流体绕钝体的流动中十分明显，其运动特性至今仍是流体力学研究的热点。

达芬奇关于涡的画作Strouhal在1878年率先对风声开展科学试验，图1-4所示为Strouhal旋转臂装置示意图，杆或张拉线M在框架A中绷紧，围绕柱体K转动。

控制轮S使M稳速旋转，采用Koenig听力计可测量声调。

Strouhal发现声调不依赖于杆或丝线张力、长度和材料，仅依赖于转动速度和杆的直径。

此外，他还观察到当涡脱频率被丝线自然频率锁定时丝线振动将会出现同步现象。

图1-4 Strouhal 旋转臂装置Strouhal 试验结果显示在一定条件下，气流流经固定的钝体时会脱落出交替的旋涡，其主频率f 可以由Strouhal 关系式得出：St UfD （1-1）式中St 为Strouhal 数，D 代表物体的横风向尺寸，U 为浸没物体均匀流动的平均速度。

斜拉索风雨激振问题研究综述

斜拉索风雨激振问题研究综述摘要：从现场观测、风洞试验、理论分析和CFD数值模拟四个方面对斜拉桥拉索风雨激振问题的研究现状进行了概括和总结，分析了已有的研究成果，对今后的研究方向提出展望，供相关研究人员参考。

关键字：斜拉桥，拉索，风雨激振1.引言斜拉桥是一种由三种基本承载构件，即梁（桥面）、塔和两端分别锚固在塔和梁上的拉索共同承载的结构体系，以其结构受力性能好、跨越能力强、结构造型多姿多彩、抗震能力强及施工方法成熟等特点，而成为现代桥梁工程中发展最快、最具有竞争力的桥型之一，在桥梁工程中得到了越来越多的应用。

由于斜拉索质量、刚度和阻尼都很小，随着斜拉桥跨度的增大，拉索振动问题的影响日益显著。

在各种振动情况中，风雨激振是拉索风致振动中最强烈的一种，且风雨激振的起振条件容易满足，振幅极大，对桥梁的危害最为严重，因而关于斜拉桥拉索风雨激振的研究得到了国内外学者的广泛重视。

风雨激振是指干燥气候下气动稳定的圆形截面的拉索，在风雨共同作用下，由于水线的出现，改变了拉索的截面形状，使其在气流中失去稳定性，由此发生的一种大幅振动。

2.研究现状2.1.现场实测现场观测是最早用于研究风雨激振的手段。

它可以获得拉索风雨激振最准确的特征，为验证风洞试验和理论分析研究结果的真实性、可靠性提供宝贵的资料。

Hikami等[1]对日本名港西(MeikoNishi)大桥的实测。

20世纪80年代，在日本建造名港西大桥的过程中，发现了比较严重的风雨激振现象，Hikami等选取了其中24根索进行实测，对该桥进行了为期5个月的现场实测，实测内容包括索面的拉索振幅。

Main和Jone[3]对美国Fred Hartman桥的斜拉索风雨激振记录。

进行了16个月的现场监测，分析了记录的5000组5分钟时程的斜拉索加速度和气象资料。

陈政清[4]等对洞庭湖大桥的实测。

自2001年1月至2004年4月，陈政清在国家自然科学基金资助下，与香港理工大学合作，在岳阳洞庭湖大桥上进行了连续4年的风雨激振观测研究。

特大缆索体系桥梁运营期关键问题及应对方案答题

特大缆索体系桥梁运营期关键问题及应对方案判断题（共20题）1、缆索体系桥梁具有养护盲区多、养护投资大的特点。

(A)A、正确B、错误答题结果：正确答案：A2、对缆索体系桥梁的经常检查，需要每次都覆盖全部的桥梁构件。

(B)A、正确B、错误答题结果：正确答案：B3、采用钢锚梁构造的斜拉桥索塔锚固构造，索塔锚固区比较容易出现竖向裂缝。

(B)A、正确B、错误答题结果：正确答案：B4、斜拉桥索塔锚固区井字形精轧螺纹预应力钢筋运营时容易出现断裂崩落，可以采用黏贴纤维材料的方式加固。

(A)A、正确B、错误答题结果：正确答案：A5、斜拉桥拉索的风雨振动属于涡激共振。

(B)A、正确B、错误答题结果：正确答案：B6、斜拉索PE护套可采用缠绕PVF带的方式增加耐久性。

(A)A、正确B、错误答题结果：正确答案：A7、悬索桥索夹螺杆松弛可能导致索夹滑移。

(A)A、正确B、错误答题结果：正确答案：A8、悬索桥主缆主动除湿是目前悬索桥主缆防腐系统常用的方式。

(A)A、正确B、错误答题结果：正确答案：A9、对索力偏差超过10%的斜拉索应改进行调索或换索。

(B)A、正确B、错误答题结果：正确答案：B10、毫米波雷达法是目前索力测量的主流方法之一。

(A)A、正确B、错误答题结果：正确答案：A11、钢箱梁疲劳裂纹主要发生在正交异性桥面板上。

(A)A、正确B、错误答题结果：正确答案：A12、以粘钢冷修复为核心疲劳裂纹维修方案不会对原结构造成损伤。

(A)A、正确B、错误答题结果：正确答案：A13、环氧钢桥面铺装强度高，不易发生鼓包坑槽。

(B)A、正确B、错误正确答案：B14、钢结构变形是钢箱梁常见的初始缺陷。

(A)A、正确B、错误答题结果：正确答案：A15、止水帷幕、井点降水是锚碇止水的常用维修方法。

(A)A、正确B、错误答题结果：正确答案：A16、缆索体系桥梁的日常巡查允许采用电子视频系统实施。

(A)A、正确B、错误答题结果：正确答案：A17、《公路缆索体系桥梁养护技术规范》给出了老旧悬索桥主缆开缆检查的方法，解决了主缆检查无方法、无标准的问题。

桥梁结构抗风性能的研究和探讨

桥梁结构抗风性能的研究和探讨【摘要】早期建设事的桥梁跨度较小，结构抗风风致振动并未引起设计者的注意，但近些年来随着交通的发展，大跨度桥梁的建设越来越多，桥梁跨度越来越大，由于其跨度较大，风和雨的激振作用很明显和重要。

如果不进行合理的设计，很容易导致桥梁的坍塌，对人民生命和财产造成巨大的损失。

就对桥梁的结构抗风性能（风振）问题进行深入的研究和探讨。

【关键词】：桥梁抗风研究和探讨0引言自1918年起全球至少已有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。

2020年4月 26日下午14时许，武汉市长江鹦鹉洲大桥发生桥面晃动（世界首座主缆连续的三塔四跨钢板结合梁悬索桥，主跨布置为225+2×850+225m）。

2020年5月5日下午，广东省广州市和东莞市两地之间的虎门大桥悬索桥（主桥全长4588米,包括跨径888米的悬索桥、主跨270米的连续刚构桥。

其中，虎门大桥的大跨径悬索桥是柔性结构，1997年6月9日投入使用。

）发生桥面晃动，振幅较为明显，对行车造成不舒适感。

为保障通行安全，广州和东莞两地交警已采取交通管制措施，对悬索桥双向交通全封闭。

据广州气象局风力数据显示虎门大桥站15-17时，基本都有6-71级大风维持。

据专家分析，是由于沿桥跨边护栏连续设置水马，改变了钢箱梁的气动外形，在特定风环境条件下，产生的桥梁涡振现象。

为减少因大风下扭转而发散振动而桥梁坍塌，引起业内界专家学者的高度重视，加大风对桥梁作用的研究。

1影响桥梁结构原因分析1.1风静力对桥梁结构的影响结构刚度较大时几乎不振动，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，而不影响气流对桥梁的作用力，这种作用力可看作一种静力荷载。

桥梁静力荷载作用下可能发生强度、刚度和稳定性问题。

现行桥梁规程中规定，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。

大跨度桥梁主梁风雨致涡激振动试验研究

大跨度桥梁主梁风雨致涡激振动试验研究辛大波;张明晶;王亮;欧进萍;李惠【摘要】针对风雨联合作用下的大跨桥梁风雨致涡激振动问题,以某一分离式双箱主梁桥梁及其闭口主梁型式桥梁为研究对象,通过在大气边界层风洞中搭建风雨联合作用试验系统,完成风雨联合作用下大跨桥梁节段模型涡激振动试验. 试验结果显示:不同雨强下,开口节段模型涡激振动的起振风速及锁定风速基本一致,但最大振动幅值有一定差别.不同雨强下,闭口节段模型随机振动的振动时程有一定差别,且随着风速增大,振动幅值增大.开口节段模型风雨联合作用下的位移幅值大于单一风作用下的位移幅值,最大增量可达1/4.得出结论:降雨增大了桥梁主梁涡激振动幅值;闭口节段模型相对开口节段模型在抵抗涡激振动方面性能更优良.%The vortex-induced vibration test in bridge deck sections of long-span bridges was carried out by considering vortex-induced vibration characteristics under the simultaneous actions of wind and rain, taking a separated twin-box girder bridge and its closed form as research objects. A system of simultaneous actions of wind and rain built in an atmospheric boundary layer wind tunnel was also utilized. Experimental results display that the wind speed at the start of oscillation and the wind speed of the lock-in region for the slotted section model show no difference in various rainfall intensities, but the maximal amplitudes of vortex-excited resonance display some differences. The time histories of stochastic vibration for the closed section model have some differences in various rainfall intensities, and the amplitude of vibration increases with rising wind speed. The displacement amplitude under the simultaneous actions of wind and rainis larger than the displacement amplitude under a single wind load; the highest increment reaches one quarter. Experimental results also show that the amplitude of vortex-induced vibration in bridge deck sections is increased by rainfall. The closed model has better performance in resisting vortex-induced vibration than the slotted model.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2011(032)009【总页数】5页(P1168-1172)【关键词】涡激振动;风雨联合作用;桥梁主梁节段;风洞试验【作者】辛大波;张明晶;王亮;欧进萍;李惠【作者单位】哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150090;哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150090;哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150090;哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150090;大连理工大学土木水利学院,辽宁大连116024;哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150090【正文语种】中文【中图分类】U446.1大跨桥梁是重要的基础设施工程.近年来，随着科学技术的进步以及经济的不断发展，大跨桥梁建设发展迅速，桥梁跨度不断增长，桥梁结构在自然风的作用下敏感度增加，风致颤振、抖振、涡激振动等典型风致振动成为影响大跨桥梁服役寿命的重要因素.涡激振动是大跨度桥梁在低风速下常见的一种风致振动现象，是一种带有自激振荡性质的风致限幅振动.尽管涡激振动不像颤振、驰振是发散的毁灭性的振动，但其对桥梁行车安全具有一定影响，并容易引起结构疲劳破坏［1］.长期以来，关于大跨桥梁涡激振动的研究都是基于桥梁处于均匀来流风场或紊流风场中，没有考虑降雨效应的影响.实际上，风和雨常常是同时存在的，特别是对于台风天气，强风和暴雨耦合更是其主要特征.大跨桥梁结构处于风雨联合作用时，单一考虑风场进行风致作用分析得出的结论与实际有一定的偏差，其原因在于雨场的存在以及雨场和风场之间的相互影响.因此，考虑降雨效应对桥梁风致作用的影响对于精确地分析大跨桥梁的最不利荷载环境以及准确地评价大跨桥梁涡激振动特性至关重要，且分析方法更符合客观实际.目前，关于大跨桥梁风雨联合作用的研究主要集中在斜拉索风雨激振［2-12］，而针对大跨桥梁主梁风雨致涡激振动的研究还是空白.本文以某一分离式双箱主梁桥梁及其闭口主梁型式桥梁为研究对象，通过在哈尔滨工业大学闭口回流大气边界层风洞(湍流度小于3%，平均速度偏差小于5%)中安装降雨模拟装置进而搭建风雨联合作用环境试验系统，对桥梁风雨致涡振特性进行了试验研究.1 涡激振动基本原理当漩涡脱落频率接近结构某一阶自振频率时，将会引起涡激共振现象.Strouhal最先指出漩涡脱落现象可以用一个斯托罗哈数(Strouhal数)来描述:式中:f是漩涡脱落一个完整的频率，Hz;D是物体垂直于平均流速的平面上的投影特征尺寸，m;U是来流的平均速度，m/s.图1 涡激振动锁定现象Fig.1 The locking phenomenon of vortex induced vibration当漩涡脱落频率接近于桥梁结构某一阶自振频率时，将引起桥梁结构较大的运动.桥梁结构和流体之间开始剧烈的相互作用，物体的固有频率控制了旋涡脱落现象，甚至当风速的变化使名义斯特罗哈频率已经偏离固有频率百分之几时，旋涡脱落仍被控制住.这种机械力对一种现象的控制通常称为锁定.锁定对旋涡脱落的影响见图1.2 风雨联合作用下桥梁主梁涡激振动试验2.1 试验环境及试验系统试验在哈尔滨工业大学风洞与浪槽联合实验室完成.通过在闭口回流大气边界层风洞中安装降雨系统，进而实现风雨联合作用环境，整个风雨联合作用系统还包括实验装置、测试系统、数据采集系统、挡雨防水装置、排水管道、进风口以及出风口.试验段风雨联合作用环境如图2所示.图2 风雨联合作用环境Fig.2 Surroundings of simultaneous actions of wind and rain如图2所示，风雨联合作用降雨系统包括3个进水管以及15个喷水管，降雨系统模拟雨强连续变化范围10～200 mm/h，降雨影响面积4×5 m2，雨滴直径0.1～6 mm，降雨调节精度7 mm/h.节段模型的两端用螺栓连接到试验框架上，并由弹簧系统支撑，弹簧系统竖向刚度为10 N/mm.试验使用3个DeltaTron®Type 4507 B加速度计，分别测量加速度计最大量程为±700 m·s－2，为了防水，在加速度计贴防水保护膜一层.本试验给定的雨强分别为0、30、60、90、120、150、180 mm/h.2.2 试验模型试验选取某一分离式双箱悬索桥为研究对象.试验采用的节段模型缩尺比为1∶40，同时为了方便进行对比研究，试验还增加了针对该悬索桥节段模型开孔槽的闭口模型，2个模型具有相同的外轮廓尺寸，节段模型采用轻质木材制作，模型质量约16 kg.开口主梁节段模型和闭口节段模型分别如图3、4所示.图3 开口主梁节段模型Fig.3 Slotted section model图4 闭口节段模型Fig.4 Closed section model本试验针对开口闭口2个主梁节段模型的主要结构参数如下表1所示.表1 节段模型系统的主要参数Table 1 Parameters of the section model system注:由于闭口节段模型是由轻质薄板封堵开口节段模型开孔槽而形成的，因此开口、闭口节段模型质量变化可忽略不计，结构参数一致./m 88.0 1∶40 2.200宽度B/m 34.0 1∶40 0.850高度H/m 3.3 1∶40 0.082单位长度质量m/(kg·m－1)26 265.0 1∶402 16.416参数真实值相似比模型值长度L单位长度质量惯性矩Jm/ (kg·m2·m－1) 3 854 231.0 1∶404 1.506 /% 0.5 1 0.5竖向频率fh/Hz 0.108 36.2∶1 3.906风速U(m·s－1) —1∶1.1 —阻尼比ζ3 风雨联合作用下涡激振动试验结果与分析3.1 振动时程在不同雨强作用下，通过加速度传感器获得开、闭口节段模型加速度时程曲线如图5所示.图5(a)中，0～2 s、2～4 s、4～6 s、6～8 s、8～10 s分别对应的来流风速为1.6、1.8、2.0、2.2、2.4 m/s.图5 (b)中，0～2 s、2～4 s、4～6 s、6～8 s、10～12 s分别对应的来流风速为2.0、4.2、4.8、6.0、7.6、9.3 m/s.图5 开、闭口模型加速度时程Fig.5 Acceleration time histories for the slotted model and the closed model由图5可知，开口节段模型产生了明显的涡激振动.不同雨强下，起振风速及锁定风速基本一致.不同雨强下，最大加速度峰值有一定差别.闭口节段模型产生的是随机振动，且随着风速增大，加速度峰值增大.不同雨强下，闭口节段模型加速度振动时程有一定差别.试验表明开、闭口节段模型在抵抗涡激振动方面差别显著，当气流流过所开的凹槽时，会产生较大的漩涡脱落，加剧了模型来流尾部的漩涡脱落. 对图5中的开、闭口节段模型的加速度时程进行频域积分得到各自相应的位移时程.不同雨强作用下，开、闭口节段模型位移时程曲线如图6所示.图6(a)中，0～2 s、2～4 s、4～6 s、6～8 s、8～10 s，分别对应的来流风速为1.6、1.8、2.0、2.2、2.4 m/s.图6(b)中，0～2 s、2～4 s、4～6 s、6～8 s、8～10 s、10～12 s 分别对应的来流风速为2.0、4.2、4.8、6.0、7.6、9.3 m/s.图6 开、闭口模型振动时程Fig.6 Displacement time histories for the slotted model and the closed model由图6可以看出，开口节段模型产生了明显的涡激振动.不同雨强下，最大位移峰值有一定差别.闭口节段模型产生的是随机振动，且随着风速增大，位移峰值增大.不同雨强下，闭口节段模型位移振动时程有一定差别.3.2 功率谱密度通过对图5振动加速度时程反应进行傅里叶变换，可以得到不同雨强作用下的桥梁主梁节段模型的功率谱特性曲线.开、闭口节段模型的功率谱密度如图7所示. 由图7可以看出，对于开口节段模型，不同雨强作用下，功率谱特性曲线有一定差别，在频率为3.9 Hz时，各条曲线达到最大值.功率最大值可达0.86 dB.对于闭口节段模型，不同雨强作用下，功率谱特性曲线有一定差别，在频率为3.9 Hz附近时，各条曲线达到最大值.功率最大值为0.22 dB.通过对开、闭口节段模型功率谱特性曲线峰值大小比较，表明闭口模型相对于开口模型具有较低的振动能量.图7 开、闭口节段模型功率谱密度Fig.7 Power spectral density for the slotted model and the closed model3.3 位移幅值不同的风速作用下，可以得到不同的模型振动幅值.在雨强为150 mm/h时，不同风速下开、闭口模型振动位移幅值如图8所示.图8 位移幅值随风速变化Fig.8 Displacement amplitude changing with wind velocity由图8可以看出，开口节段模型的起振风速为1.4 m/s，锁定风速区间为1.4～2.5 m/s.最大涡激振动幅值为3.25 mm.闭口节段模型振动幅值较小.这表明涡激振动对于气动外形的敏感性非常强，在抵抗涡激振动方面，闭口节段模型相对于开口节段模型有着较为优良的性能.针对开口节段模型不同雨强下的涡激振动最大位移幅值如图9所示.图9 开口模型最大位移幅值Fig.9 Displacement amplitude for the slotted model in different rainfall intensity由图9可知，不同雨强下，开口节段模型的涡激振动位移幅值有一定差别.相对于纯风作用，开口节段模型在风雨联合作用下的最大位移幅值较大，最大增量可达25%.当雨滴降落到桥梁节段的表面上，经过冲击、飞溅、流动等过程，雨水会形成对应于桥梁节段结构条件的一种特定形态，比如桥梁节段表面的水膜.水膜的振动将会产生很大的附加空气动力作用，这也是涡激振动幅值提高的原因所在.表明风雨致涡激振动要比风致涡激振动危险，考虑降雨作用下的涡激振动显得十分必要.4 结论本文通过在大气边界层风洞中安装人工模拟降雨器进而搭建风雨联合作用试验系统，针对某一分离式双箱桥梁主梁节段模型以及其闭口型式的节段模型，进行了不同雨强作用下的桥梁节段模型涡激振动试验，获取桥梁主梁断面涡激振动特性，通过分析相关试验结果，得出以下结论:1)开口节段模型产生了明显的涡激振动.不同雨强下，起振风速及锁定风速基本一致.不同雨强下，最大振动幅值有一定差别.闭口节段模型产生的是随机振动，且随着风速增大，振动幅值增大.不同雨强下，闭口节段模型振动时程有一定差别.2)开口节段模型在风雨联合作用下的位移幅值大于其在单一风作用下的位移幅值，最大增量可达四分之一.说明风雨致涡激振动要比单一风致涡激振动危险，考虑降雨作用下的涡激振动显得十分必要.3)涡激振动对于气动外形的敏感性非常强，在抵抗涡激振动方面，闭口节段模型相对于开口节段模型有着较为优良的性能.参考文献:【相关文献】［1］陈政清.桥梁风工程［M］.北京:人民交通出版社，2005: 129-136.CHEN Zhenqing.Bridge wind engineering［M］.Beijing: China Communications Press，2005:129-136.［2］BLOCKEN B，CARMELIET J.High-resolution wind-driven rain measurements on alow-rise building experimental data for model development and model validation ［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，2005(93):905-928.［3］BLOCKEN B，CARMELIET J.On the accuracy of winddriven rain measurements on buildings［J］.Building and Environment，2006(41):1798-l810.［4］BLOCKEN B，CARMELIET J.Guidelines for the required time resolution of meteorological input data for wind-driven rain calculations on buildings［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，2008(93):621-639.［5］WIANECHI J.Cable wind excited vibrations of cable-stayed bridge［M］.［s.l.］.1979. ［6］MATSUMOTO M，SHIRASHI N，SHIRATO H.Rain-windinduced vibration of cables of cable-stayed bridges［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1992(41-42):2011-2022.［7］BOSDOGIANNI A，OLIVER D.Wind and rain induced oscillations of cables of stayed bridges［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1996(64):171-185. ［8］GU M，DU X Q.Experimental investigation of rain-wind-induced vibration of cables in cable-stayed bridges and its mitigation［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，2003(93):79-95.［9］MAIN J A，JONES N P.Full-scale measurements of stay cable vibration［C］//Proceedings of 10th Conference on Wind Engineering.Rotterdam，The Netherlands，1999:963-970.［10］NI Y Q，WANG L Y，CHEN Z Q，KO J M.Field observations of rain-wind-induced cable vibration in cable-stayed Dongting Lake Bridge［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，2007(95):303-328.［11］XU Y L，WANG L Y.Analytical study of wind-rain induced cable vibration:SDOF model［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，2003(91):27-40.［12］LI H，LIU M，LI J H，et al.Vibration control of stay cables of the Shandong Binzhou Yellow River highway bridge by using magnetorheological fluid dampers［J］.Journal of Bridge Engineering，2007，12(4):401-409.。

第八讲涡激振动问题

4πmϕξ − canlan, 1985)
特点: 非线性振动, 试验结果准确, 大量工程应用
2.4 通用经验非线性模型
( ) ( ) m &y& + 2ξω1 y& + ω12 y = μfCa 1 − ε η 2υ η& ( ) ( ) m &y& + 2ξω1 y& + ω12 y = μfCa 1− ε η 2 η& (υ = 1)
∫ Mi =
h 0
m(z
)φi2
(z
)dz
(广义质量);
Ki = (2πfi )2 M i
(广义刚度)
Ci = 4πM i fiξi (模态阻尼);
Qi
(t
)
=
∫h 0
w(z,
t
)φi
(z
)dz
(广义荷载)
z(3) 涡激响应
∫ ∫ σ 2 ai
∞
= Sai ( f
0
)df
=
1
K
2 i
∞ 0
Hi ( f ) 2 SQi ( f )df
&y& D
+
2ξω1
y& D
+ ω12
y D
=
ρU 2
2m
CL
C&&L + a1C&L + a2C&L3 + a3CL = a4 y&
(Scruton, 1963) (R. T. Hartlen et al. ,1968)
特点: 公式简单，实验量大，应用不多
2.2 经验线性模型

梁索耦合结构的非线性振动

ｉｔｒａｅｎｎｅｎｅｎｌｒｓａｃｏ
梁索耦合结构是现代大型结构普遍采用的结构
类型．例如大跨度桥梁和悬索承重屋盖．一般情况下
文献标识码：该结构类型是强非线性结构，Ａ对其进行研究有较大
中图分类号：２；Ｔ２０３２Ｂ１３
频共振时的分岔值．这说明低频共振更容易使结构发生大幅振动．该结果对工程应用有一定指导意义．关键词：梁索耦合结构；非线性振动；Ｇｌｋｎ法；多尺度ａｒｉｅ
法；１：２内共振
Ｋｅｗｏｄ：ｃｕｌｇｏｃｂｅｓｙｄｂａ￣ｎｎｌｅｒｙｒｓｏｐｉｆａｌ— ｔｅｅｍｎａｏ－ｉａｎｖｂａｉｎ；ＧａｅｋｎｉｒｔｏｌｒｉｍｅＩｄ：ｍｕｔｓｌｍｅｏ１：２ｔ１ｏｌ—ｃｅｉａｈｔｄ
（同济大学航空航天与力学学院，上海２０９）００２
摘要：在一组能描述梁索耦合结构中主缆曲率和吊索变形对
系统在时域上一次截断的非线性常微分方程组．用多尺度法
ａｅｌｓｔａｔｅｈｇ－ｒｅｒｓｎｎｅｉｒｔｎａｕｓｒｅｓｈｎｈｉｈｏｄｒｅｏａｃｂｆｃｉｖｌｅ，ｕａｏ
第３９卷第５期
２１０１年５月
同济大学学报（然科学版）自
ＪＩＡＦ）ＧＩＮＩＩＹＮＡｏ豫ＮＬ０ＮＪＵ ⅣＥ｛Ｔ（，ｓｎｍＡ．ＣＤ４ＥＩＳＩＣ）

桥梁索结构振动控制

桥梁索结构振动控制越来越多的桥梁垮塌事故使得确保结构的稳定性和行车舒适性变得尤为重要。

大跨径桥梁大多需要采用索结构（斜拉桥拉索、悬索桥主缆及其吊索和拱桥的吊杆等）的形式，而索结构的因质量小、阻尼低、柔性大的特点，在外界激励下极易发生大幅振动，大跨度桥梁索结构的振动控制往往就成了桥梁结构稳定的控制因素。

桥梁振动控制的主要对象是大跨度桥梁的风振、地震响应和行车响应。

桥梁的风致响应可分为颤振和抖振。

在较易挠曲的悬索桥和斜拉桥中，风致振动较为常见。

悬索桥的缆索、吊杆都存在风振问题，且多为涡激振动。

悬索桥的风致振动最著名的例子是1940年美国Tacoma海峡桥坠落事故，该桥跨度为853m与悬索桥相比，虽然同样跨度下斜拉桥的刚度较大，但随着斜拉桥跨度越大，斜拉索柔性就越大。

1988 年 3 月，比利时的Ben Ahin 桥的斜拉索就发生了振幅达 1 米的振动。

1 桥梁振动控制的分类被动控制：它不需要外界能量，只需无源的惯性、弹性与阻尼元件，控制力是控制装置与结构相互运行产生的。

该种控制易于实现，减振防冲效果好，应用广泛。

主要优点是结构简单和工作可靠。

主动控制：这种控制需要外界能量输入。

由于大跨度桥梁的挠性很大，易发生低频振动，这种低频振动用被动控制装置或阻尼技术有一定的局限性。

混合控制：将主动控制与被动控制结合，发挥两种控制方法各自的优点，使主动控制所需提供的巨大控制力大幅度减小，以便有效地控制桥梁振动。

2 被动控制的主要类型2.1 摩擦阻尼器通过摩擦装置滑动作功，消耗能量。

1973 年建成的日本关门悬索桥在索塔施工中，采用滑动摩擦控制方式的防止缆索的涡激振动。

2.2 粘性阻尼器它是利用材料的粘弹性来瞬时改变结构的能量储备与瞬时耗散能量。

1985 年，日本因岛悬索桥的索塔施工中，采用了阻尼控制方式，即将滑车改为油压减振器。

2.3 调谐质量阻尼器(TMD)在主结构上附加一个由质量块、弹簧、阻尼组成的子振动系统，主系统发生振动时，通过参数设计，主结构的振动转移到子系统中，使主系统振动衰减。

索膜结构考虑风与结构耦合作用的抖振响应

ｃｓｄｒｄｈｅｂｆｅｉｇｒｓｏｎｅｆｍｅｂａｅｓｒｔｒｒｅｃｄａｄｄｇｅｆｔｅｉｔｒｃｉｅａｅｏｔｅｏｎｉｅｅ，ｔｕｆｔｎｅｐｓｓｏｍｒｎｔｕｃｕｅａｅｒｄｕｅｎｅｒｅｏｎｅａｔｏｎｒｌｔｓｔｈｈ
（．ｌｇｆｖｌｇｎｅｉｇ＆ＡｒｈｔｃｕｅＬｉｏｉｇＴｃｎｃｌｉｅｓｔ，ｕｉ２００Ｃｈｎ；１ＣｏｌｅｏｉＥｎｉｅｒｎｅＣｉｃｉｅｔｒ，ａｎｎｅｈｉａｖｒｉＦｘｎ１３０，ｉａＵｎｙ
２ＥｐｒｍｅｔｎｆｒｔｎＣｎｅ，ｉｏｎｅｈｃｌｎｖｒｉ，ｕｉ３０，ｈｎ）．ｘｅｉｎｄＩｏｍａｉｅｔｒＬａｎｇＴｃｎａｉｅｓｙＦｘｎ１００ＣａａｎｏｉｉＵｔ２ｉ
Ａｂｓｒｃ：Ｃｏｓｄｒｎｎｓｒｃｕｅｉｔｒｃｉｎ．ａｌ — ｍｂｒｎｔｕｔｅｂｆｅｉｇａａｙｓｓｕｄｒｈｒｚｎａｔａｔｎｉｔｏｃｂｅｍｅａｅｓｒｃｕｒｕｔｎｎｌｉｎｅｏｉｏｔｌ
ｉｔｒｃｉｎｏｎｂｆｅｉｇｗｅｅｆｎｓｎｅｍｅｈ．Ｒｅｅｒｈｓｏｗｓｔａｅｎ — ｔｕｔｒｎｅａｔｏｓｎｅａｔｏｕｔｎｒｏｕｄｕｉｇｔｔｏｄｈｓａｃｈｔｗｈｎｗｉｄｓｒｃｕｅｉｔｒｃｉｎｉｈ
ａｄｖｒｉａｎｓｂｅａｒｅｔｉｈｉｔｄｙＩｉｅｄｍａｎ，ｉｄ—ｔｕｔｒｎｅａｔｓｃｎｉｅｅｎｅｔｌｗｉｄｈａｅｎｃｒｄｏｕｎｔｓｓｕ．ｎｔｃｉｍｏｉｗｎｓｒｃｕｅｉｔｒｃｉｗａｏｓｄｒｄｂｙｏｎ

风致振动对桥梁结构的危害及防护措施

【创新与发展】住宅与房地产2019年6月风致振动对桥梁结构的危害及防护措施董芳路（重庆交通大学土木工程学院，重庆 400041）摘要：近年来，桥梁风害问题备受关注，动力作用下的风致振动对桥梁破坏的问题尤为严重。

文章重点主要分析了风致振动的几种振动类型，以及其对桥梁的危害，明确其破坏机理、振动成因，阐述预防措施。

关键词：风致振动；振动类型；破坏机理；防护措施中图分类号：U447 文献标志码：A 文章编号：1006-6012（2019）06-0274-01风灾害这一问题的严重性越来越引起了世界各地的重视，尤其是桥梁的风灾问题愈发的严重，从20世纪开始世界各地桥梁风毁事故就频繁发生，直到今天也没有完全彻底地解决，攻克这个问题刻不容缓。

1 风致振动概述1.1 风致振动的研究背景近几十年来国内外都致力于从桥梁风致振动方面来研究桥梁风灾，风的动力和静力作用使得桥梁结构发生不同程度的振动，使其发生破坏。

其影响是巨大的，各国科研人员通过风洞试验来研究其动力特性和振动规律。

1.2 风对桥梁的动力作用风的动力作用的荷载，以脉动风来命名，脉动风是指风的大小及它的作用方向随着时间的变化而变化，发生周期随机，运动方式是不规则的。

其风致振动的形式也是多种多样。

有颤振、抖振、驰振、涡振[1]。

（1）颤振。

颤振是一种强迫式振动，是一种自激发散式振动，桥梁的桥面通过外界气流的反馈作用不断向外界吸收能量，使得桥梁振幅不断扩大，结构自身的机械阻尼无法完全消耗外部施加的能量，也就使得扭转角不断增大，使其振幅发散式增大，最终达到破坏。

在国外很早研究的塔科马特大桥是颤振而发生的破坏。

（2）驰振。

驰振类似于颤振，也是一种自己发散振动，属于强迫式振动。

驰振针对的对象非圆形截面的钝体结构而言的，一般钝体结构的横截面是具有棱角的方形或者是类似于方形的长方形。

也是不断向外界吸收能量，在结构阻尼力无法消耗时，使其振幅不断扩大，是横风向单自由度弯曲自激发散振动[2]。

桥梁长索结构风致振动研究新进展

第49卷第5期2022年5月Vol.49，No.5May2022湖南大学学报（自然科学版）Journal of Hunan University（Natural Sciences）桥梁长索结构风致振动研究新进展陈政清1，2，李寿英1，2†，邓羊晨1，2，王园园1，2，安苗1，2，杨超1，2（1.湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082；2.风工程与桥梁工程湖南省重点实验室（湖南大学），湖南长沙410082）摘要：随着桥梁跨径的增大，桥梁索结构的长细比越来越大、频率越来越低，出现了一些新的风致振动问题，如悬索桥吊索风致振动、斜拉索高阶涡激共振、安装亮化灯具的桥梁索结构驰振等.针对这些新挑战，采用现场观测、风洞试验和理论分析等手段，研究人员进行了系统的机理研究，并提出了一些有效的振动控制措施.结果表明：悬索桥吊索风致振动的机理复杂，在斜拉索上积累的振动控制经验难以直接应用，安装刚性分隔架是抑制索股相对振动的有效手段；已在多座大跨径斜拉桥上观测到斜拉索高阶涡激共振，增加了斜拉索振动控制的难度，采用双阻尼器是可同时控制斜拉索高阶涡激共振和低阶风雨激振的有效方案；在桥梁索结构上安装亮化灯具极易引发驰振，增加阻尼器和优化灯具气动外形是避免该类振动的有效措施.关键词：大跨径桥梁；斜拉索；吊索；尾流致振；高阶涡激共振；驰振；亮化灯具中图分类号：TU411.3文献标志码：ARecent Challenges and Advances on Study ofWind-induced Vibrations of Bridge CablesCHEN Zhengqing1，2，LI Shouying1，2†，DENG Yangchen1，2，WANG Yuanyuan1，2，AN Miao1，2，YANG Chao1，2（1.College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha410082，China；2.Key Laboratory for Wind and Bridge Engineering of Hunan Province（Hunan University），Changsha410082，China）Abstract：With the increase of bridge main span，the slenderness ratio of the cables is getting larger and the fre⁃quency is getting lower and lower.Several new types of wind-induced vibrations，including wind-induced vibration of the hangers of suspension bridges，high-order vortex-induced vibration of stay cables，and galloping vibration of bridge cables attached with lighting lamps，were observed on real bridges.Due to these new challenge，the mecha⁃nisms and the corresponding countermeasures were carefully studied by using field observations，wind tunnel tests and theoretical analyses.The results show that the mechanism of the wind-induced vibration of the hangers of sus⁃pension bridges is complex and the effective measures on stay cables of cable-stayed bridges are not suitable for miti⁃gating the wind-induced vibration of the hangers.It seems that rigid spacers are an effective measure to reduce the relative vibration between the cables of the rge amplitude of vortex-induced vibration of stay cables is ob⁃served on several long-span cable-stayed bridges，which increase the difficulty of vibration control.It appears that∗收稿日期：2021-12-28基金项目：国家自然科学基金资助项目（51578234），National Natural Science Foundation of China（51578234）；国家重点研发计划项目（2017YFC0703604），National Key Research and Development Program of China（2017YFC0703604）作者简介：陈政清（1947—），男，湖南邵东人，湖南大学教授，中国工程院院士，工学博士†通信联系人，E-mail：*************.cn文章编号：1674-2974（2022）05-0001-08DOI：10.16339/ki.hdxbzkb.2022043湖南大学学报（自然科学版）2022年installing two dampers at the end of the cable is an effective way to simultaneously reduce both the high-order vortex-induced vibration and the low-order rain-wind-induced vibration of stay cables.Galloping vibration can be easily evoked by installing lighting lamps on stay cables.This kind of cable vibration can be effectively mitigated by in⁃creasing structural damping and changing the aerodynamic configuration of the lamps.Key words：long-span bridges；stay cables；hangers；wake-induced vibration；high-order vortex-induced reso⁃nance vibration；galloping vibration；lighting lamps随着经济的发展，人们对交通工程的需求日益增长.自20世纪90年代开始，我国建造了数量众多的大跨径桥梁，目前正在规划或设计的悬索桥中，有多座主跨超过2000m，斜拉桥主跨也将超过1100m.超大跨径桥梁多采用缆索承重方式，充分利用索结构的抗拉性能.桥梁索结构主要包括斜拉桥的拉索、悬索桥的主缆和吊杆，以及中下承式拱桥的吊杆等.这类结构的长细比大、频率低、阻尼小，极易在风或车辆荷载等作用下发生大幅振动，如风雨激振［1-4］和涡激共振［5-6］等.对桥梁索结构的抗风设计是大跨径缆索承重桥梁设计的重要内容之一.近40年来，风雨激振是对桥梁索结构危害最大的一种振动，人们花费了大量精力对其机理及抑振措施进行研究，目前已具备成套的有效减振技术［7-8］.但是，随着桥梁跨径的进一步增大，索结构也越来越长，最长的斜拉索和吊杆已分别接近600m和200m，一些新的风致振动问题相继在实际桥梁中出现，主要表现在3个方面：1）世界上最大跨径的几座悬索桥的吊索相继发生大幅风致振动，且其振动机理不明确，经过长时间尝试才能确定有效减振措施；2）近年来在多座大跨径斜拉桥的拉索上观测到了振幅明显的高阶涡激共振，在苏通长江大桥上还造成了护筒的破坏，斜拉索高阶涡激共振的出现增加了其振动控制的难度；3）近期出现了多起在桥梁索结构上安装亮化灯具引起的大幅驰振，严重威胁桥梁的安全，需从空气动力学角度提出相关建议.下面分别介绍上述三类新问题及其研究进展.1悬索桥吊索风致振动1.1工程背景吊索是悬索桥的主要传力构件，具有自重轻、柔度大、阻尼低等特点，极易在风荷载作用下发生大幅度振动.随着悬索桥主跨的不断增大，吊索越来越长，其风致振动问题变得更为突出，国内外已有多座主跨超过1600m的悬索桥吊索出现了大幅振动，包括日本的明石海峡大桥（主跨1991m）［9-10］、丹麦的大海带东桥（主跨1624m）［11］和中国的西堠门大桥（主跨1650m）［12-14］.例如，在10m/s左右的常遇风速下，我国西堠门大桥的吊索多次发生索股间的相互碰撞现象［14］，严重威胁吊索甚至全桥安全，给通行人员也造成了不安全的视觉冲击.1.2机理研究上述几座悬索桥吊索发生大幅振动之后，研究人员发现，吊索减振的成功经验难以在不同桥梁之间简单复制，这说明这几座悬索桥吊索振动的机理不同.Kashima和Yanaka等［10］对日本明石海峡大桥的吊索振动进行了长期监测，发现该桥吊索的大幅振动为索股间气动干扰引发的尾流颤振；Laursen和Bitsch等［11］对丹麦大海带东桥的吊索振动进行了现场观测，推测吊索表面覆冰导致的驰振可能是该桥吊索大幅振动的原因，但没有进行严格的验证；Zhang和Wu等［15］采用数值模拟和风洞试验相结合的方法，对西堠门大桥的全桥振动进行了时程响应分析，认为主缆抖振引起的吊索共振是西堠门大桥吊索发生振动的主要原因；Chen和Gao等［16］、Chen 和Yang等［17］进行了一系列的风洞试验（见图1（a））和数值模拟，对西堠门大桥吊索风致振动进行了研究，提出桥塔的尾流是导致吊索大振幅振动的原因所在.在国家自然科学基金的资助下，以西堠门大桥为工程背景，湖南大学陈政清课题组对悬索桥吊索索股间引起的尾流致振进行了系统的研究：肖春云和李寿英等［18］、邓羊晨和李寿英等［19］分别进行了平行钢丝和钢绞线吊索的尾流索股测力风洞试验，研究了尾流索股平均升力和阻力系数随空间位置的变化规律，以此为基础，研究了吊索尾流致振的失稳区间［19］；采用上述测力数据，Li和Xiao等［20］、Deng和Li 等［21］建立准定常和非定常二维理论模型，从数值方法的角度重现了吊索的尾流致振现象，Li和Deng 等［13］将上述二维理论模型推广到三维连续模型；Li2第5期陈政清等：桥梁长索结构风致振动研究新进展和Deng 等［22］、Deng 和Li 等［23］分别采用二维节段模型和三维连续气弹模型（见图1（b ）），重现了悬索桥吊索尾流致振现象，并提出了悬索桥吊索尾流致振的起振机理：一种由负刚度驱动的气动失稳现象.（a ）吊索的桥塔尾流致振试验［16］（b ）吊索索股间气动干扰试验［23］图1文献［16，23］的风洞试验照片Fig.1Photos of wind tunnel tests in the literature ［16，23］1.3控制措施研究目前，斜拉桥拉索的振动控制措施已较成熟，特别是机械控制措施（如应用阻尼器）和空气动力学措施（如螺旋线），在实际工程中得到了非常广泛的应用，有效地减少了斜拉索振动病害.但是，研究人员发现在斜拉索振动控制中积累的经验，难以对悬索桥吊索振动控制发挥作用.在已有的几座大跨度悬索桥中，吊索风致振动的有效控制措施各不相同.例如，日本的明石海峡大桥，吊索发生大幅振动后，在吊索上缠绕螺旋线（如图2（a ）所示），就起到了很好的控制效果［10］；丹麦的大海带东桥吊索发生大幅振动后，从1998年开始，相继尝试了多种控制措施，如安装螺旋线、分隔架、水平辅助索以及调谐液体阻尼器等，均未能明显减小吊索振动，直至2005年，采用了在吊索端部安装液压阻尼器与索股间安装分隔架相结合的措施（如图2（b ）所示）［11］，才达到了满意的控制效果；我国的西堠门大桥，在桥梁的设计阶段就采用了在索股间安装阻尼器的控制措施，然而桥梁建成运营后（2009年12月），没有达到预期的控制效果；之后又尝试在吊索单根索股底部安装阻尼器，实测的阻尼比可达1.5%［14］，但仍未能有效控制吊索索股振动；直至2014年7月，在索股间安装了刚性分隔架（如图2（c ）所示），西堠门大桥的吊索振动才得以有效控制［12］，前后共花费了5年时间.（a ）明石海峡大桥［10］（b ）大海带东桥［11］（c ）西堠门大桥［12］图2悬索桥吊索风致振动控制措施Fig.2Wind-induced vibration control measuresfor suspension cables采用三维连续气弹模型风洞试验方法，Deng 和Li 等［23］研究了多种控制措施对悬索桥吊索尾流致振的减振效果，包括安装螺旋线、增加阻尼以及安装刚性分隔架等，研究结果表明：螺旋线和增加阻尼对减小悬索桥吊索尾流致振的效果不好，阻尼比增大到3%以上才能起到一定的减振效果；刚性分隔架可以3湖南大学学报（自然科学版）2022年有效地抑制悬索桥吊索的尾流致振，但其间距需进行合理设计.Hua和Chen等［12］通过现场实测进一步验证了索股间安装刚性分隔架对吊索尾流致振的控制效果.在西堠门大桥减振实践的基础上，安装刚性分隔架已成为我国悬索桥吊索减振的主要措施之一.值得注意的是，刚性分隔架仅对索股间的相对运动有效，这类振动常在低风速下发生（如10m/s左右），在风速较高的台风天气下，安装刚性分隔架的吊索仍会发生大幅整体振动，这类振动的控制措施还有待于进一步研究.2超长斜拉索的高阶涡激共振2.1工程背景涡激共振是旋涡脱落频率与结构频率相近时引发的一种共振，桥梁索结构的基频低、特征长度（直径）小，其低阶模态的涡激共振风速很低，振幅也很小［5，24］.以一根300m长的斜拉索为例，基频和直径分别约为0.4Hz和0.12m，取Strouhal数为0.2，第一阶模态的涡振临界风速仅为0.24m/s.因此，斜拉索低阶模态的涡激共振不会导致斜拉索的直接破坏，主要是缩短其疲劳寿命.随着我国交通建设需求日益增长，交通基础设施规模不断扩大，促使斜拉桥主跨朝着1000m及以上发展，斜拉索的长度也增大到近600m.斜拉索的长度增长，基频也降低，这将使得常遇风速下斜拉索发生涡激共振的模态也越来越高.近年来，主跨600m以上的斜拉桥上观测到了振幅明显的高阶涡激共振现象，苏通长江大桥的高阶涡激共振造成了斜拉索护筒的破坏.2.2现场实测刘志文和沈静思等［25-26］对苏通长江大桥斜拉索的风致振动进行了长期监测，结果表明，该桥编号为NA09U、NA29U、NA30U和NA31U的斜拉索均发生了高阶涡激共振，出现了套筒破坏、阻尼器漏油的现象.其中，编号为NA30U的斜拉索长度493.72m、直径142mm、基频0.26Hz，实测得到的最高振动频率可达12.3Hz，为该索第47阶模态.Ge和Chen等［27］也在苏通长江大桥进行过实测，所测的编号为SJ34D 的斜拉索长度576.77m、直径180mm、基频0.22Hz，发现在4~8m/s桥面风速时该索发生了9.5~10Hz的涡激共振响应.刘宗杰和祝志文等［28］对荆岳长江大桥的斜拉索进行长期监测，结果表明，编号为JB01的斜拉索的面内加速度为2.5g，其峰值频率包括11.8Hz、12.8Hz和13.8Hz，对应该斜拉索的第12、13和14阶模态；编号为JB02的斜拉索的面内与面外振动峰值频率高达25.4Hz，为该斜拉索的第28阶模态.王修勇和陈政清等［29］对洞庭湖大桥的A12号斜拉索（长121.9m、直径119mm、基频1.07Hz）进行了风致振动的监测，结果表明，该斜拉索也发生了高阶涡激共振.Chen和Gao等［30］对中国东部沿海某主跨为620m斜拉桥的拉索进行了长期监测，发现该桥编号为CAC20的斜拉索发生了高阶涡激共振，起振模态高达40阶.Di和Sun等［31］对苏通长江大桥上安装了阻尼器的斜拉索（长度546.9m）进行实测，发现该斜拉索也会出现高阶涡激共振，峰值频率为10.63Hz，模态高达44阶.2.3控制措施研究超长斜拉索的高阶涡激共振，给斜拉索的振动控制带来了新的挑战.首先，增大了阻尼器参数的设计难度.以往安装阻尼器的主要目的是抑制风雨激振，其最优参数选取（包括安装位置及阻尼系数）针对低阶模态（如第3~5阶），但该最优参数下斜拉索高阶模态的阻尼比会很低，对高阶涡激共振的控制效果不佳.反之，若阻尼器最优参数以高阶模态选取，则斜拉索低阶模态的阻尼比也会很低，对低阶风雨激振的控制效果也不佳.为解决这一难题，研究人员已经进行了一系列的工作.Yang和Chen等［32］得到了单黏滞阻尼器对斜拉索低阶和高阶模态阻尼比贡献的解析表达式，系统地研究了模态阻尼比在各参数影响下的取值规律，确定了各参数的最优值.Yang 和Chen等［33］介绍了一种可以同时控制拉索前几阶和高阶模态振动的双阻尼器方案，并给出了拉索-双阻尼器系统模态阻尼比的简化估算公式.Chen和Di 等［34］在苏通长江大桥上进行了实测，研究了黏滞-剪切型阻尼器对斜拉索的多模态阻尼比，最高模态可达20阶.Chen和Sun等［35］在苏通长江大桥斜拉索上分别安装黏滞阻尼器和黏弹性阻尼器，在现场实测了这两种阻尼器对斜拉索多模态振动的控制效果.孙利民和狄方殿等［36］建立了斜拉索-双阻尼器系统的精细化理论模型，包括黏弹性阻尼器和高阻尼橡胶阻尼器，并且通过实桥监测数据证明了双阻尼器对前10阶模态同时减振的效果.Di和Sun等［31］在斜拉索已安装一个黏滞阻尼器的情况下，采用另外一个阻尼器（黏滞阻尼器、高阻尼橡胶阻尼器或调谐质量阻尼器）对失效模态的阻尼比进行补偿. Wang和Li等［37］采用有限差分方法，对双阻尼器对斜拉索多模态振动控制效果进行了数值研究，其中双阻尼器包括黏滞阻尼器和惯性阻尼器.以上的研究4第5期陈政清等：桥梁长索结构风致振动研究新进展结果表明：在近锚固端安装两个黏滞阻尼器是有效控制斜拉索高阶涡激共振和低阶风雨激振的可行方案；质量阻尼器可显著提高最优单模态阻尼比，但会明显降低部分模态的阻尼比.空气动力学措施也在斜拉索振动控制中广泛应用，包括安装螺旋线、设置凹坑等，这些措施对风雨激振有效，一般来讲对涡激共振也会起到较好的效果.但是，Liu和Shen等［26］通过节段模型测振风洞试验发现，对高阶涡激共振起到较好控制效果的螺旋线直径，比现有的常用尺寸要大.3桥梁索结构安装夜景亮化灯具引起的驰振驰振是非对称截面的细长结构发生的一种横风向振动，最早出现在裹冰输电线上［38-39］，它是一种大幅、低频的发散性振动，一旦发生，会严重威胁结构安全，在结构的服役期内应避免其发生.驰振是由气动负阻尼所引起的［38］，平均升力系数的突降是其必要条件.一般来说，桥梁索结构横截面为轴对称圆形，平均升力系数等于零，具有良好的驰振稳定性，不会发生驰振.但斜拉索为斜向布置，在水平来流的作用下，斜拉索轴向与来流方向不垂直，可能会引发干索驰振［40-41］，目前的机理解释包括轴向流、临界雷诺数等.目前，斜拉索的干索驰振还缺乏测试数据，也未发现实际桥梁上的破坏实例，仅停留在理论和试验研究阶段.斜拉索表面结冰也可能会引发驰振［42-43］，但与干索驰振一样，裹冰斜拉索的驰振也未在实际桥梁上发现破坏实例.3.1工程背景随着社会经济的发展和人们精神需求的提高，各地纷纷启动了城市亮化工程，大跨径缆索承重桥梁作为城市的地标建筑，已成为亮化工程的主要对象之一.其中，对于缆索承重桥而言，通常会在索结构的表面安装亮化灯具.然而，若灯具外形和尺寸设计不当，会使得斜拉索或吊索发生严重的驰振，近几年已出现了几次类似事故.2019年5月，重庆夔门大桥斜拉索上安装夜景亮化灯具后，在较低的风速下（6m/s），斜拉索发生了大幅度驰振，峰-峰振幅超过了1.0m（见图3）；2020年8月，福州鼓山大桥吊索上也安装了夜景亮化灯具，施工过程中就在常遇风速下（约5m/s）发生了大幅驰振振动，后经系统的试验评估，放弃了在该桥吊索上安装灯具的计划；2021年7月，在长沙三汊矶大桥上启动了夜景亮化工程，其中吊索上安装了矩形灯具（见图4），在施工过程中即发生大幅驰振振动，全桥的振感也很强烈，不得不对桥梁进行封闭并拆除了已安装的灯具.该桥发生驰振时的风速也很低，仅为5~7m/s.当然，也有部分桥梁上安装了亮化灯具，至今未发现有明显的振动，如武汉长江二桥、福州魁蒲大桥和长沙银盆岭大桥等，这可能是因为这几座桥梁上都安装了阻尼器，使得驰振临界风速高于常遇风速，或是桥址处的风向不满足驰振攻角的要求.表1统计了几座桥梁索结构安装灯具的外形，可以看出，常用的灯具外形为矩形.图3重庆夔门大桥斜拉索安装亮化灯具的振动［44］Fig.3Wind-induced vibration of stay cables of the Kuimenbridge 图4长沙三汊矶大桥吊索安装亮化灯具的振动Fig.4Wind-induced vibration of cables of the Sanchaji bridge表1桥梁索结构安装灯具的外形Tab.1Shapes of the lamps on bridge cables 对应桥梁广东鹤洞大桥某斜拉桥重庆夔门大桥某斜拉桥武汉长江二桥福州鼓山大桥福州魁蒲大桥灯具形状圆形矩形矩形矩形椭圆形矩形矩形参考文献Li和Chen等［45］周傲秋和余海燕等［46］An和Li等［44］Deng和Tang等［47］安苗和李寿英等［48］Li和An等［49］Li和An等［49］5湖南大学学报（自然科学版）2022年3.2机理研究目前，专门针对桥梁索结构安装亮化灯具的风致稳定性研究相对较少.早在2007年，广州鹤洞大桥启动夜景亮化工程，在其斜拉索上设计了“圆形抱箍”灯具（如图5所示），单个灯具外径262mm 、高度170mm ，为保证灯具不转动并便于安装，设置了两根平行于斜拉索的钢丝，直径10mm.Li 和Chen 等［45］采用风洞试验和CFD 数值模拟方法，研究了对上述灯具安装方案的风致稳定性，结果表明该方案下斜拉索的驰振临界风速仅为18m/s ，远低于设计风速，两根直径10mm 的钢丝是起振原因.Li 和Chen 等［45］对该方案进行了改进并在实桥上实施，从2008年安装后已经历了10多年的强/台风考验.2021年，An 和Li 等［44］开展了节段模型测力与测振风洞试验，在试验室中重现了重庆夔门大桥斜拉索安装亮化灯具的驰振振动，并对灯具形状进行了优化；周傲秋和余海燕等［46］通过风洞测力试验，研究了安装矩形灯具斜拉索的三维气动力特性；Deng 和Tang 等［47］采用CFD 数值模拟方法，研究了安装二维矩形灯具的斜拉索的三分力系数，对发生驰振的风攻角范围进行了预测.120钢丝斜拉索钢丝灯具170215262（a ）初步方案（单位：mm）（b ）灯具图5广东鹤洞大桥的灯具安装［45］Fig.5The lamp of the Hedong bridge3.3控制措施研究从机理上来说，安装的亮化灯具改变了桥梁索结构气动稳定的圆截面外形，从而引发驰振.驰振是由气动负阻尼引起的大幅振动，危害较大，实际工程中应避免发生.一般情况下，亮化灯具设计人员缺乏气动外形优劣、结构振动控制的概念，难以对安装亮化灯具斜拉索的驰振不稳定性做出准确判断，结构风工程研究人员应提供有效建议.桥梁索结构风致振动控制的方法主要可分为三种：机械措施、结构措施和空气动力学措施.驰振是由气动负阻尼驱动的，增加结构阻尼的机械措施应该可以有效减小其响应，这可从武汉长江二桥等斜拉索安装了阻尼器和灯具未发生驰振的实例中得到印证.但是，对于不同类型的桥梁索结构风致振动，最低的有效阻尼比会不同.例如Liu 和Shen 等［26］通过风洞试验发现阻尼比增大到0.48%时，斜拉索的高阶涡振可被有效抑制；Li 和Wu 等［8］通过理论分析发现阻尼比增大到0.5%时可有效抑制斜拉索风雨激振；Li 和An 等［49］通过节段模型测振风洞试验研究了阻尼比对福建魁蒲大桥斜拉索安装亮化灯具引起的驰振的控制效果，结果表明1.0%的阻尼比可对该桥斜拉索驰振起到有效控制作用；而Hua 和Wang 等［50］也采用节段模型测振风洞试验方法，研究了阻尼比对施工过程中主缆驰振的控制效果，发现即使阻尼比增大到3.2%，抑振效果也不佳.另外，灯具气动外形的优化也是提高安装亮化灯具索结构驰振临界风速的有效手段.为方便加工与安装，矩形是常用形式（见表1），但从几座桥梁上的实际效果来看，其气动性能不佳［44］.武汉长江二桥采用的是椭圆形灯具，从节段模型测力风洞试验结果来看，其气动性能优于矩形［48］.广东鹤洞大桥中的“圆形抱箍”灯具方案中，灯具外径达到了262mm ，是斜拉索直径的2倍多，但试验结果表明灯具外径增加不是该方案气动不稳定的关键因素，并在实桥上经历了10多年的考验，这说明一定程度上增大斜拉索的圆截面外径不会引起明显的气动不稳定现象［45］.综上所述，机械和空气动力学控制措施对安装亮化灯具斜拉索的驰振可起到有效控制作用，但需进行进一步的系统参数研究，以为亮化灯具设计人员提供直接、准确的参考.4结论与展望桥梁索结构长度的增加，导致出现一些新的风致振动问题，如悬索桥吊索风致振动、斜拉索高阶涡激共振以及安装亮化灯具的桥梁索结构驰振等.针对这些新挑战，研究人员进行了系统的机理研究，并已提出了一些有效的振动控制措施，主要结论包括：6第5期陈政清等：桥梁长索结构风致振动研究新进展1）悬索桥吊索的起振机理复杂，在斜拉索上积累的振动控制经验，难以直接应用在吊索振动控制中，从目前在实际桥梁上的减振实践来看，安装刚性分隔架是抑制索股相对振动的有效手段.2）已在多座大跨径斜拉桥上观测到振幅明显的斜拉索高阶涡激共振现象，严重威胁斜拉索及其附属设施的安全.斜拉索高阶涡激共振增加了其振动控制的难度，设置双黏滞阻尼器是有效控制斜拉索高阶涡激共振和低阶风雨激振的可行方案.3）在桥梁索结构上安装亮化灯具极易引发驰振，增加阻尼器和优化灯具气动外形是避免该类振动的有效措施，但最低有效阻尼比、气动外形等参数还需进一步优化.参考文献［1］HIKAMI Y，SHIRAISHI N．Rain-wind induced vibrations of cables stayed bridges［J］．Journal of Wind Engineering and In⁃dustrial Aerodynamics，1988，29（1/2/3）：409-418．［2］LI S Y，CHEN Z Q，WU T，et al.Rain-wind induced in-plane and out-of-plane vibrations of stay cables［J］.Journal of Engineer⁃ing Mechanics，2013，139（12）：1688-1698.［3］GU M，DU X Q．Experimental investigation of rain-wind-induced vibration of cables in cable-stayed 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of suspension bridgesbased on three-dimensional elastic test model［J］．EngineeringStructures，2021，234：111985．7。

大桥院桥科院--桥梁结构振动控制中心简介

桥梁结构振动控制中心简介桥梁结构振动控制中心有丰富的实桥减振经验和强大的后备科研研究队伍，先后研制出调谐质量减振器(TMD)、调谐液体减振器（TLD）、冲击式阻尼器（ID）、粘性剪切型阻尼减振器（VSD）、调谐液体质量减振器（TLMD），均获得国家专利授权。

各种减振器运用于几十座桥梁，获得了良好的减振效果。

目前，速度锁定装置、液压阻尼器和杠杆质量减振器（LMD）正在研制之中。

出于对大跨度斜拉桥在我国具有良好发展前景的预期，桥科院在国内最早开展了斜拉索各种振动抑制的研究，该研究成果首次应用在武汉长江二桥斜拉索上，研制、安装了两个粘性剪切型阻尼减振器(VSD)，分别抑制单根索和并列索的振动，在中国开创了外置式阻尼减振器在斜拉索减振领域的先河，取得了很好的减振效果。

为了进一步研究粘性剪切型阻尼减振器(VSD)的减振机理，减振器的减振效果，大桥局曾拨款几十万元进行研究和模拟试验，对减振器的各个参数包括环境温度﹑减振器设置位置﹑减振器的构造﹑粘性材料的粘性系数﹑斜拉索振动频率等对粘性剪切型阻尼减振器(VSD)抑振效果的影响进行了深入的分析和试验，积累了大量的试验数据，为不同类型斜拉索粘性剪切型阻尼减振器(VSD)设计提供了扎实的基础。

针对芜湖长江大桥斜拉索，我公司开发研制了特定的粘性剪切型阻尼减振器(VSD)。

桥科院研制的斜拉索外置式粘性剪切型阻尼减振器（VSD）：1）能较大地增加斜拉索的阻尼值，有效地抑制斜拉索的各种风致振动，包括涡激振动、尾流弛振、风雨振、抖振和参数振动等；2）同时有效地抑制斜拉索相互正交的两个方向的振动，且抑振效率高，斜拉索的振幅可以减小到原来振幅的10%左右。

国内外桥梁界一般认为当附加阻尼的对数衰减率为0.025-0.03时，就可有效地减小斜拉索的振动，而斜拉索在安装了我公司研制的外置式阻尼减振器后附加阻尼的对数衰减率大于0.03，能够满足减小斜拉索各种振动的要求；3）构造简单﹑美观大方、安装便捷；4）阻尼材料采用进口的粘性材料配制，使用年限长；5）专业钢结构设计工程师设计，综合考虑外置式粘性剪切型阻尼减振器(VSD)结构的静动力及抗疲劳断裂设计，在正常维护条件下，结构件寿命可达30年以上且费用低廉。

结构-尾流振子耦合模型参数识别及桥梁涡激振动预测

世界桥梁2021年第49卷第2期（总第211期）World Bridges,Vol.49#No.2#2021（Totally No.211"84结构一尾流振子耦合模型参数识别及桥梁涡激振动预测陈平】，陈强草2,华旭刚3,温青3(1.贵州贵龙实业(集团)有限公司，贵州都匀522730；2.贵州贵深投资发展有限公司，贵州都匀522730； 3.湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082)摘要：为准确预测桥梁涡激振动特征，基于结构一尾流振子耦合模型涡激振动预测方法，分析其动力方程及近似解，针对目前结构一尾流振子耦合模型中较难确定的模型参数(质量参数M、流场“stall”效应参数y、结构对尾流作用的耦合项参数人和范德珀尔参数s),提出了基于涡激振动风速〜振幅曲线的模型参数识别方法。

开展某主梁节段模型风洞试验，依据其实测涡振曲线，采用该方法识别模型参数，并预测不同阻尼比的桥梁涡激振动特征$结果表明：近似解精度与s相关,s越小，精度越高;s越小，提出的模型参数识别方法越能准确识别模型参数;基于风洞试验实测涡激振动风速〜振幅曲线识别的结构一尾流振子耦合模型可有效地预测桥梁涡激振动特征$关键词：桥梁工程；涡激振动；结构一尾流振子耦合模型；参数识另'J；风洞试验中图分类号：U441.3文献标志码:A文章编号=1671—7767(2021)02—0084—061涡激振动是大跨度桥梁在常遇风速下的一种风致振动行为，在许多桥梁及其构件上均能观测到涡激振动现象(12$涡激振动是一种限幅振动，不会引起桥梁结构倒塌，但会影响桥梁的疲劳寿命和正常使用，造成不良的社会效应$因此，准确预测桥梁涡激振动性能，并对存在涡激振动的桥梁采取抑制措施是结构抗风设计的主要任务之一$目前，涡振振幅预测常用的方法有风洞试验直接法和半经验半理论分析法。

半经验半理论分析法是指利用半经验的涡激振动模型，如单自由度的Scanlan经验非线性模型7、Larsen经验非线性模型8、两自由度的结构一尾流振子耦合模型9等，建立二维结构涡激振动系统方程，然后通过引入展向相关系数将系统方程扩展为三维，预测柔性桥梁涡激振动振幅(1011)$在半经验的涡激振动模型中，结构一尾流振子耦合模型能很好地模拟有限振幅、锁定现象等涡激振动的一些基本特征[9'1113]$结构一尾流振子耦合模型中结构运动方程考虑了流体附加质量和流体附加阻尼，尾流振子运动方程采用一种非线性范德珀尔方程，考虑流体与结构的相互作用，将2个方程耦合，建立结构一尾流振子耦合涡激振动模型$在应用结构一尾流振子耦合模型预测涡激振动时，首先需要确定数个模型参数$这些模型参数中的结构动力参数，如结构阻尼比「频率n s和无量纲质量比“，均可通过结构动力试验或理论分析获得；与流固耦合相关的模型参数，如斯托罗哈数S f(Strouhal number)、质量参数/、流场“stall”效应参数7、结构对尾流作用的耦合项参数A 和范德珀尔参数s,会因主梁断面外形差异而不同，其中，S t数较易获得，y、M、A和s无法直接得到，即使对于圆柱体，不同文献对A和&的取值也各不相同[91315]$为了现结—尾流振合模的大跨度桥梁涡激振动振幅的准确预测，有必要通过节段模型风洞试验确定模型参数。

桥梁抗风的常见措施及定性分析

桥梁抗风的常见措施及定性分析摘要：首先，分析缆索支撑体系桥梁主要构件风致振动的现象和本质，提出了抗风措施。

其次，以1 400 m主跨的悬索桥、斜拉桥以及吊拉组合体系桥等缆索支承桥梁的主要结构型式为例，采用三维非线性抗风分析方法，进行了动力特性、空气静力和动力稳定性的分析和比较。

最后，介绍桥梁基本结构的抗风性能分析，并以连续刚构桥和斜拉桥为重点介绍了最新的研究成果，提出桥梁抗风研究方面存在的几个薄弱点。

关键词：桥梁抗风；风压；风振；措施；定性分析1研究桥梁抗风的必要性随着我国国民经济的迅速发展，对公路交通事业提出更高的要求，在宽阔的海域和水深河宽的大江大河，跨越能力大的缆索支撑体系桥梁(包括悬索桥和斜拉桥)将成为首先被考虑的桥型。

纵观悬索桥的发展历史，可以认为其起源于中国，成熟于美国，革新于英国，进步在13本，普及在中国。

目前被公认为跨越能力最大的桥型，1998年建成的明石海峡大桥其主跨已达到1 991 m．斜拉桥在200～500 In跨度内与悬索桥相比有一定的竞争优越性。

早期的斜拉桥由于计算方法和手段不能满足要求，材料松弛、拉索锚固困难、张拉不足等原因长期未能得到发展，索面体系仅限于稀索。

近年来由于计算理论的发展，新材料的开发配合，施工技术的进步为斜拉桥的发展创造了一定的有利条件。

但在风力作用下，大跨度悬索桥和斜拉桥容易生变形和振动。

1940年主跨853 m的美国塔科马在仅有19 m／s的风速下，发生毁桥事故。

斜拉桥方面，日本石狩河口桥和加拿大的Hawkshaw(Longsreek)桥等相继因风振导致加固。

因此，大型缆索体桥梁的抗风稳定性研究应引起足够的重视。

2大跨度缆索支撑体系的风振现象2．1主梁体的风振目前，大跨缆索支撑体系梁桥主梁一般采用扁平截面，由于其本身的抗扭刚度比较大，产生扭转发散振动所需的风速也较高。

涡振发振风速较低，发生频率较高，容易使结构物产生疲劳、行车障碍以及诱发过桥者的不安全感，通过增大结构刚度来防止发生涡振是比较困难的。

索-梁耦合系统非线性振动分析

元离散了梁，用钢琴弦和矩形截面空心板组成的对
显得更为复杂。以往对索一耦合系统的动力学分在梁析中，由于两种不同力学特性的构件同时组合分析
有一定难度，常将索和梁结构单独分析或简化，而从
索一耦合系统非线性振动分析梁
冯维明，高黎黎
（山东大学土建与水利学院工程力学系，山东济南２０６）５０２摘要：研究了在惯性参考系中弹性斜拉索与悬臂梁耦合结构的非线性振动问题，用Ｈａｌｎ原理建立了索一利ｍｉｏｔ梁
学方程，每一种动力学方程进行数值仿真并比较对
了仿真结果；Ｅ－文３］进行了大挠度柔性梁两端在张拉弦（弓形）用下的实验研究，［，］作文４５将斜拉索桥简
性振动特性，考虑面外的位移和扭转。不索在梁耦合
作用下以面内运动为主，也将仅考虑面内运动。目前，多关于悬索的数学模型，基于以下几众都
化为一个索梁系统参数共振的模型，系统简化为 ’ 将
一
个二自由度的非线性振动模型，中将作为梁的其
个假设：）１不计索的抗弯刚度及抗剪刚度；）２近似认为索的重力垂度曲线是抛物线；）的轴向应变足３索够小；）的变形本构关系服从虎克定律且各点受４索力均匀；）只承受拉力作用。５索如图１所示，斜拉索与悬臂梁在一端铰接，一各自的局部直角坐标系分别为（Ｙ）ｚ，。。ｚ，和（。Ｙ）斜拉索Ｘ轴与悬臂梁的夹角为ａｓ，表示索静态轮廓的自然坐标，拉索在自重作用下的初始长度为．。斜拉Ｓ设。索两端点的直线距离为厶竖向高差为Ｈ定义、，，表示索以静平衡位置作为参考构型的动态位移，