桥梁抗风基础讲解
土木工程中的桥梁抗风设计技术
土木工程中的桥梁抗风设计技术桥梁作为连接两地交通的重要通道，在土木工程中占据着举足轻重的地位。
然而，在桥梁的设计和建设过程中，抗风是一个不可忽视的重要因素。
本文将介绍土木工程中的桥梁抗风设计技术，重点分析桥梁的抗风设计原则、设计方法和常用技术。
一、桥梁抗风设计原则在土木工程中，桥梁抗风设计的原则是保证桥梁在遭受风力作用时能够保持结构的稳定和安全。
具体而言，桥梁抗风设计需要考虑以下几个方面：1. 桥梁的形状设计：合理的桥梁形状设计可以减小桥梁受风的面积，降低风力对桥梁的影响。
例如，在大跨度桥梁的设计中，采用空腹箱梁或曲线形状的桥面板可以减小风阻力，提高桥梁的抗风性能。
2. 桥墩和支座的布置：桥墩和支座的布置对桥梁的抗风性能有着重要影响。
合理的桥墩布置可以增加桥梁的稳定性，减小风力对桥梁的作用力。
同时，在桥梁的设计中还需要考虑桥墩的高度和断面形状，以减小斜向风对桥梁的冲击力。
3. 桥面横向刚度的设计：桥面横向刚度对桥梁的抗风性能起着至关重要的作用。
适当增加桥面的横向刚度可以提高桥梁的自振周期，减小动力响应，增加桥梁的抗风能力。
二、桥梁抗风设计方法基于桥梁抗风设计原则，桥梁的抗风设计方法也日趋成熟。
常用的桥梁抗风设计方法包括静力分析和动力分析两种。
1. 静力分析：静力分析是桥梁抗风设计中较为简单和常用的分析方法。
它通过对桥梁结构所受风力的静力平衡分析，确定桥梁在不同风速下的受力状态，进而判断桥梁是否满足设计要求。
静力分析方法在桥梁设计初期用于快速评估桥梁的抗风能力具有一定的优势。
2. 动力分析：动力分析是桥梁抗风设计中较为精确和全面的分析方法。
它通过考虑风力的频谱特性，结合桥梁结构的固有振动特性，综合计算桥梁的响应和变形情况。
动力分析方法可以更加准确地评估桥梁的抗风性能，并对桥梁的关键部位进行优化设计。
三、常用的桥梁抗风技术为了提高桥梁的抗风性能，土木工程师们还开发了许多创新的桥梁抗风技术。
下面介绍两种常用的技术：1. 风洞试验技术：风洞试验是桥梁抗风设计中常用的实验方法，通过模拟真实风场的风洞试验，获取桥梁结构在不同风速下的受力和变形情况。
桥梁抗风概述(重庆大学)
桥梁风效应对比
塔科马大桥风毁原因
2、风洞法)
风洞实验
实
测
风洞试验模型最重要的三点要求： 弹性、质量、外形
风洞构造
风速边界层模拟方法
1、主动形成法：
调节控制风机
2、被动形成法：
风障、漩涡发生器、粗糙元
3、桥梁风振控制
驰振 绝对控制： 主梁风振失稳 颤振
主梁涡激振动 尽量控制：
拉索风雨激振
桥塔涡激振动
考虑控制：
主梁随机抖振
风振控制措施
颤振控制措施
驰振和涡振控制
驰振控制: 涡振控制: 提高结构阻尼比 施工时附加TMD、TLD或 TLCD阻尼器
4、港珠澳大桥抗风措施
Conclusion
That’s all. Thank you all very much!
作用机制
平均风的静风压产生的阻力、升 力、和力矩的作用 静（扭转）力矩作用 静阻力作用 紊流风作用 限幅振动 漩涡脱落引起的涡激力作用 自激力的气动负阻尼效应－阻尼 驱动 自激力的气动刚度驱动
静力不稳 定 抖振（紊流风响应） 涡振
扭转发散 横向屈曲
动力 作用
自 激 振 动
驰振 单自由度 扭转颤振 古典耦合振动 二自由度 发散 振动
桥梁抗风概述
塔科马大桥
目录
1
1、桥梁风效应
2、桥梁风洞实验 3、桥梁风振控制
4、港珠澳大桥抗风
1、桥梁风效应
桥梁结构风效应分类
风的静力作用
风的静力作用形式
风 扁平钢箱梁 L:升力
M:升力矩 风 扁平钢箱梁 D:阻力
风致静力失稳
静力扭转发散
如果在空气静力扭转力矩作用下，当风速达到临界值时， 悬吊桥梁主梁扭转变形的附加攻角所产生的空气力矩增量超 过了结构抵抗力矩的增量，而出现扭转角不断增大的静力失 稳现象。
桥梁支座的抗风设计标准与施工要求
桥梁支座的抗风设计标准与施工要求桥梁是现代交通领域中不可或缺的基础设施之一，而桥梁支座作为桥梁结构的重要组成部分，具有保持桥体正常运行和安全稳定的重要功能。
在桥梁设计和施工过程中，抗风设计标准和施工要求是确保桥梁支座稳定性的关键因素之一。
首先，桥梁支座的抗风设计标准应根据具体的地理环境和风速条件来确定。
对于位于高风速地区的桥梁，设计师应根据当地的风速统计数据和强度等级，采用适当的抗风设计标准。
一般来说，标准中应包括桥梁支座的抗侧风设计和抗升力设计两个方面。
抗侧风设计要考虑桥梁支座的侧向稳定性，通过增加支座的自重和抗倾覆能力来抵抗风力的作用。
抗升力设计则是针对桥梁支座在强风作用下可能发生的升空现象，通过增加支座的自重和与桥面的摩擦力来保持其稳定性。
其次，桥梁支座的抗风设计还应考虑桥梁的结构特点和承载要求。
不同类型的桥梁支座，如橡胶支座和钢桥墩支座，其抗风设计要求也各不相同。
例如，对于橡胶支座，设计师应确保支座具有足够的变形能力和耐久性，以保证其在强风作用下的稳定性。
而对于钢桥墩支座，设计师需要考虑支座的刚度和强度，以抵抗风力对支座的作用力。
此外，在制造和安装过程中，还需要对支座进行质量控制和可靠性检测，确保其符合设计要求和施工要求。
在桥梁支座的施工过程中，也需要遵循一系列的要求和措施，以确保其稳定性和安全性。
首先，施工单位应对支座的制造和安装过程进行全面的质量控制和监测，包括材料的选择、制造工艺的控制和施工工艺的掌握。
其次，施工单位应根据设计要求和标准规范，采取适当的施工措施和安全防护措施，确保支座在施工期间不受外界环境和人为因素的干扰。
此外，在支座的调整和定位过程中，施工单位应与设计师保持密切合作，及时解决设计和施工中的问题，确保支座的准确安装。
综上所述，桥梁支座的抗风设计标准和施工要求是确保桥梁支座稳定性和安全性的重要因素。
设计师和施工单位应根据具体的地理环境和风速条件，确定合适的抗风设计标准。
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。
桥梁抗风基础解读
塔科马桥毁的讨论
该桥在设计时吸取了Tay桥事故的经验，其抗风压的设计对于60m/s 的风速都是安全的。然而对风致振动却几乎未加考虑。根据当时的技术 条件，采用了钢板梁，并且选用了从空气动力学角度来看属于不稳定的 H 型断面。因此，1940 年刚刚建成通车后，每通稍强的风就显示出有风 振的趋势，但在头4个月内，这些振动仅是竖向的，而且在振幅达到大约 1.5m后振动就衰减下来。运营几个月之后，随着跨中防止加劲梁和主索 间相互位移的几根稳定索的断裂，振型突然改变，主桥在跨中作反对称 扭曲运动，在跨度l／4点出现从至的倾斜。发生了扭曲振动约l小时之后， 随着吊杆在索套处的疲劳断裂，约300m长的加劲梁坠入水中。
破坏十分巨大
16.1 ~ 50.9
51 ~ 160
161 ~ 509
510 ~ 1600
2019/2/17
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风害VS震害
热带气旋灾害是最严重的自然灾害，因其发生频率远高于 地震灾害，故其累积损失也高于地震灾害 我国是世界上受热带气旋危害最甚的国家之一
1991年4月底在孟加拉国登陆的热带气旋曾经夺去了 13.9 万人的生命
幅逐步增大直至使结构破坏的发散性自激振动。
2019/2/17
29
风工程基本术语
驰振 glloping： 振动的桥梁从气流量不断吸取能量，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。
涡激共振 vortex resonance：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。
静力扭转力矩作用下，当风速达到临界值时，桥梁主梁扭转变形的附 加攻角所产生的空气力矩增量超过了结构抵抗力矩的增量，而出现扭 转角不断增大的失稳现象。
预应力混凝土桥梁的抗风设计与施工要点
预应力混凝土桥梁的抗风设计与施工要点1. 引言预应力混凝土桥梁是现代交通建设中常见的桥梁形式之一，其具有较高的荷载承载能力和较长的使用寿命。
然而，在桥梁设计和施工过程中，风荷载是一个重要的考虑因素。
本文将重点介绍预应力混凝土桥梁的抗风设计与施工要点，以确保其结构安全和可靠性。
2. 风荷载的影响风荷载是指风对桥梁结构产生的作用力。
风荷载会导致桥梁产生横向位移、变形和振动等问题，进而影响桥梁的结构安全。
因此，在预应力混凝土桥梁的设计和施工过程中，必须考虑风荷载的影响。
3. 抗风设计要点预应力混凝土桥梁的抗风设计主要包括以下要点：3.1 风荷载计算风荷载计算是抗风设计的基础。
根据国家相关标准和规范，通过考虑桥梁的形状、尺寸、曝风面积和地理环境等因素，确定桥梁所受风荷载的大小。
3.2 结构稳定性分析在抗风设计中，必须对桥梁的结构稳定性进行分析。
通过计算桥梁的固有频率和自振模态，确定其在风荷载下的动力响应，以及是否出现共振现象。
3.3 桥梁横向刚度设计桥梁的横向刚度设计是抗风设计的关键。
通过增加桥梁的横向刚度，可以减小桥梁在风荷载下的位移和变形，提高桥梁的结构稳定性。
3.4 预应力控制在桥梁施工过程中，必须严格控制预应力张拉的过程，确保预应力混凝土的力学性能符合设计要求。
同时，还需要注意预应力锚固装置的选择和施工质量控制。
3.5 桥梁涵盖面积的设计桥梁涵盖（或称桥面板）是桥梁的重要组成部分，具有抗风荷载的功能。
在设计过程中，需要合理确定桥梁涵盖的面积，以确保其能够承受预期的风荷载。
3.6 防风措施除了上述的设计要点之外，还需要采取一些防风措施来保护预应力混凝土桥梁。
例如，可以在桥梁上设置护栏和挡风墙，以降低风荷载对桥梁的影响。
4. 施工要点预应力混凝土桥梁的施工过程中，需要注意以下要点：4.1 预制梁的制作预应力混凝土桥梁通常采用预制梁的形式进行施工。
在预制梁的制作过程中，需要注意混凝土的配制、预应力钢筋的预拉张和锚固装置的安装等。
第十三讲桥梁抗风设计详解
桥梁及结构风振理论及其控制——之第十三讲桥梁抗风设计主讲教师：葛耀君博士．教授1、设计风速定义2、气动参数识别3、动力特性分析4、静风性能检验5、风振性能检验6、抗风性能改善7、抗风设计发展¾1.设计风速定义1.1平均风速()()()()果桥位专门风速仪纪录结计分析气象站历年风速纪录统桥梁和建筑结构不同全国基本风压图方法用三种方法确定参考风速，目前主要采—参考风速离地高度—地表粗糙度指数— 3 2 )( 1 R R R R d U z z z U z U αα⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=1.2 阵风风速()()z U G z U d v g = 1.70.IV III 1.38;II I : .,G v 类和类和南》《公路桥梁抗风设计指风洞试验确定可按有关规范或风环境阵风因子— 1.3 紊流强度u w w w u v v v u u I 5.0I UI I 88.0I UI UI =σ==σ=σ=按—按—的数值可按规范确定特征高度—1.4 脉动风谱()()()())( 416 :)(501200 :22*3/52*谱垂直方向谱水平来流Panofsky f f u n nS Simiu f f u n nS w u +=+= 1.5 相关函数()21~7 exp , :=Δ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Δ−=Δλλλγ衰减系数，—空间相对位置坐标—特征频率—空间相关性r f U r f r f d¾2. 气动参数识别2.1 断面流迹显示2.2 Stroughl 数识别识别方法物理风洞试验方法数值风洞试验方法(CFD 方法)等压线、等速线、表面粒子(1) 烟雾照相(2) 数值模拟(1) 尾流涡脱卓越频率测量(2) CFD 数值模拟计算UfB S t =2.3 静力系数识别αραραρd dC F BU C d dC F B U C d dC F B U C M M M D D D L L L , : , : , :2221221221⋅=⋅=⋅=升力矩系数阻力系数升力系数(1) 节段模型测力试验(2) CFD 数值模拟计算三分力系数也可表示成体轴系数座标，Mz y C C ,C 和2.4 气动导数识别()()()6 5, 4, 3, 2, ,1 :6 5, 4, 3, 2, ,1 :6 5, 4, 3, 2, ,1 :===i A i P i H *i*i*i升力矩方向阻力方向升力方向(1) 节段模型测振试验(2) CFD 数值模拟计算大多数情况下气动导数值()4 321 **,, , i A H ii =和¾3. 动力特性分析3.1 结构计算模型(1) 按施工阶段划分(缆索承重桥梁)(a) 桥塔自立状态(b) 主要拼梁状态(c) 全桥成桥状态(2) 按主梁离散划分(a) 单梁式(b) 双梁式(c) 三梁式3.2 结构振型描述(1) 按对称性划分—对称和反对称(2) 按特征值划分—一阶、二阶、…(3) 按振动特性划分—侧向弯曲、竖向弯曲、扭转3.3 基本振型分析(1) 同类桥梁固有频率比较(2) 扭弯频率比(3) 对称或反对称振型出现次序(4) 扭转振型耦合特征¾4. 静风性能验算4.1 静风稳定性—扭转发散扭转发散临界风速(1) 二维计算模型(2) 三维计算模型 4.2 静风强度荷载最不利组合问题(1) 平均风荷载(2) 脉动风荷载 4.2 静风刚度(1) 侧向静风位移(2) 竖向静风位移(3) 扭转静风位移(较小)¾5. 风振性能检验5.1 风振稳定性5.2 风振强度(1) 驰振临界风速(2) 扭转颤振临界风速—变号(3) 耦合颤振临界风速—竖弯和扭转耦合*2A (4) 涡激共振锁定风速(1) 抖振引起的强迫力荷载(2) 涡振引起的自激力荷载荷载最不利组合5.3 风振刚度(1) 抖振位移(a) 统计分析方法(b) 节段模型试验法(c) 全桥模型试验法(2) 涡振位移(a) 理论模型计算法(b) 节段模型试验法(c) 全桥模型试验法¾6. 抗风性能改善6.1 桥梁抗风性能(1) 主梁风振失稳(驰振、颤振)绝对避免(2) 主梁涡激振动尽量避免(3) 主梁抖振一般不作控制(4) 拉索风振或雨振尽量避免6.2 主梁性能改善措施(1) 结构措施—刚度、质量、约束(2) 外形措施—导流、开槽、分流(中央稳定性)，裙板等(3) 阻尼措施—TMD、主动、半主动等6.3 拉索性能改善措施(1) 表面处理—刻痕、螺旋线等(2) 内置阻尼器—锚箱内(3) 外置阻尼器—离索端一定距离(4) 稳定索系—交叉索等¾7. 抗风设计发展(1) 概率性评价和可靠性分析(2) 等效风荷载问题(3) 基于结构性能(舒适度)的抗风设计(4) 风振疲劳问题(5) 斜拉桥拉索振动控制(6) 考虑周边地形影响的风振问题下周同一时间再见!。
桥梁抗风概念设计
全桥颤振－tacoma桥
大幅度扭转振动
杆件颤振：拱桥板式钢吊杆的大攻角颤振
2006年8月，广东一拱桥 在24m/s风速下的振动录 像（田仲初摄）
连续振动13小时至吊杆的 翼板断裂
(2) Vortex shedding vibration 涡激共振
• 机理：气流绕过柱体时在尾部产生涡， 涡脱落时产生对柱体的作用力， 涡脱频率与柱体自振频率接近时发生共振
0 .0
5 .0
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-5 .0
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T h e o d o rs e n P B 1degree P B 2degree P B 3degree
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2 0 .0
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3 0 .0
U /fB
T h e o d o rs e n P B 1degree P B 2degree P B 3degree
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U /fB
*
H 2
*
H 4
3 .0 2 .5 2 .0 1 .5 1 .0 0 .5 0 .0 -0 .5 -1 .0
0 .0 0 .5 0 .0 -0 .5 -1 .0 -1 .5 -2 .0 -2 .5 -3 .0
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T h e o d o rs e n P B 1degree P B 2degree P B 3degree
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2 0 .0
2 5 .0
U /fB
桥梁抗风设计与施工
桥梁抗风设计与施工桥梁作为现代交通重要的基础设施之一，在连接道路和障碍物之间发挥着重要的作用。
然而，在暴风雨和强风天气下，桥梁的结构稳定性必须得到保证，这就需要进行桥梁抗风设计与施工。
桥梁抗风设计的第一步是了解风的特性。
风是空气运动的一种表现，它具有方向、速度和压力等特性。
根据气象数据，我们可以获得在桥梁所在地区的平均风速和极端风速。
通过分析这些数据，我们可以了解到设计中需要考虑的最大风力。
在桥梁设计中，风载荷是一个重要的参数，它定义了在特定风速下桥梁结构需要承受的力。
通过风洞试验和数值模拟等方法，工程师可以确定风对桥梁的作用方式，并为结构提供安全的设计要求。
一种常见的桥梁抗风设计方法是将风阻力视为一个标准的相对载荷负荷，并使用结构分析软件进行计算。
在此过程中，需要考虑到不同的风向、风速和桥梁截面的影响，以及结构本身的弹性和刚度等因素。
最终，通过计算得到的风载荷将用于确定结构材料的尺寸和类型，以及桥面跨度和支撑方式等设计要素。
一旦完成桥梁抗风设计，下一步就是施工。
在施工过程中，工程师需要合理安排施工顺序，确保桥梁的稳定性和安全性。
首先，施工人员需要检查桥梁的基础是否牢固，并采取适当的加固措施，以保证桥梁在高风区域的稳定性。
然后，使用吊车和起重机等设备，将桥梁的各个构件逐步组装起来。
在组装过程中，施工人员需遵循设计规范，并使用合适的紧固件对构件进行连接，确保桥梁整体的坚固性。
在桥梁抗风设计与施工中，工程师还需采取一些额外的措施来保证桥梁在恶劣天气条件下的安全运行。
例如，为了减小风对桥面的冲击，可以在桥面两侧安装防风挡板，或在桥面上设置减速带。
此外，工程师还可以在桥梁的关键部位设置风洞，以监测风的方向和速度，并即时调整结构的姿态，以提高桥梁的稳定性。
总之，桥梁抗风设计与施工是确保桥梁结构稳定性和安全性的重要环节。
通过了解风的特性，并采用有效的设计和施工方法，我们可以确保桥梁在恶劣气象条件下的可靠运行。
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。
桥梁设计中的抗风规范要求
桥梁设计中的抗风规范要求桥梁设计是工程领域中非常重要的一项任务，而抗风规范要求是确保桥梁结构能够在强风条件下保持稳固和安全的关键因素之一。
本文将详细探讨桥梁设计中的抗风规范要求，包括风荷载计算、结构设计和施工措施等方面的内容。
一、风荷载计算在桥梁设计中，准确计算风荷载是确保结构稳定性的基础。
抗风规范要求采用合适的风荷载计算方法，考虑到桥梁的几何形状、风速和风向等因素。
常见的风荷载计算方法包括平均风速法、极值风速法和非平稳风速法等。
平均风速法是其中最常用的方法之一，它基于长时间平均风速和风向数据进行计算，考虑到一定的安全系数，以确保结构的可靠性。
而极值风速法适用于较小规模的桥梁或桥墩，它通过极值分析确定最不利的风荷载，以应对可能出现的强风情况。
非平稳风速法则更加精确地考虑风速和风向的变化性，通常用于大跨度桥梁的设计。
该方法将时间和空间的风速变化特性与结构的动力响应相结合，以更真实地预测风荷载情况。
二、结构设计在桥梁设计中，抗风规范要求将抗风设计作为一个独立的设计阶段来处理。
结构设计应考虑到桥梁的几何形状、材料性能和力学特性等因素，以使其能够满足所需的抗风要求。
首先，桥梁的几何形状是抗风设计的关键因素之一。
合理的桥梁几何形状能够降低结构受风力影响的程度。
例如，采用半流线型的桥梁设计可以减小桥面的风阻力，降低风荷载对桥梁的影响。
其次，材料的选择和使用也对抗风设计起着重要的作用。
高强度的材料可以提高桥梁的整体刚度和稳定性，减少因风荷载引起的振动和变形。
此外，采用适当的连接方式和轻量化设计也有助于提高桥梁的抗风能力。
最后，结构的稳定性和抗倒塌能力是抗风设计的关键考虑因素。
通过合理的横向和纵向支撑系统，以及适当的稳定性措施，可以增强桥梁的整体抗风能力。
三、施工措施桥梁设计中的抗风规范要求在施工过程中采取一系列的措施来确保结构的稳定性和安全性。
其中包括以下几个方面的施工措施：1. 施工现场的风速监测：在施工过程中，应设置风速监测装置，监测气象条件和风力状况。
桥梁抗风设计讲解
2 L
2
EJ 2 H g ( m
L 2 ) 2
EJ——加劲梁的竖弯刚度（N.m2)；
Hg——恒载单根主缆水平拉力(N)；
m——桥面和主缆的单位长度总质量，m=md+2mc； md—— 桥面单位长度质量(kg/m)；
mc——
单根主缆单位长度质量(kg/m)。
(md 2mc ) gL2 Hg 16 f
1 x0 ln n xn
阻尼比与对数衰减率的关系
2 1
2
， 2
13
结构的频率和振型可以通过结构动力特性分析 获得，结构阻尼与材料、结构形式等多种因素有关，无 法通过计算取得。桥梁抗风设计中结构的阻尼比可以取 以下经验值：
桥梁种类 钢桥 结合梁桥 混凝土桥
阻尼比 0.005 0.01 0.02
32
考虑结构的几何非线性及静力三分力随攻角的变化， 采用非线性有限元方法进行分析。该方法可以将横向屈 曲和静力扭转发散一并考虑，是研究桥梁空气静力稳定 性的较为完善的方法。
11
桥梁动力特性及其计算分析
12
一、 频率、振型及结构阻尼
频率——单位时间内系统简谐振动的次数，常记为f，单位为Hz（次/ 秒）。简谐振动的频率等于周期的倒数。圆频率w2f，单位为（周/ 秒）。 振型——结构以某一频率做箭谐振动时，结构各点相对位移的关系。 阻尼——结构在做有阻尼自由振动时振幅衰减的程度 对数衰减律
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悬索桥结构动力特性示例
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阶次 1 2 3
频率(Hz) 0.0693 0.1419 0.2163
振型特点 纵漂 L-S-1 V-S-1
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桥梁抗风原理及应用基础.
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20世纪的后50年间，虽然没有发生象塔科马桥那样的风 毁事故，但是简易人行吊桥的风毁（日本，1963年），架 设中的桁架桥的风毁（日本木曾川桥，1962年），施工中 独立桥塔因风振而产生的塔柱接头部位的损伤（1964年建 成的英国福斯桥），下承式拱桥及郎格尔桁架的吊杆因涡 激共振产生的疲劳损伤，斜拉桥的缆索振动等，却时有报 道。因此桥梁的风害至今仍然是桥梁工程师们十分关注的 问题。
U
B
Zl B 10
B
U
a
(
z
)
Zl z
a
a
U
a
(z)
U
B
(
Zl B 10
)
B
(
z Zla
) a
即，同时推算到梯度高度，再反推到实际高 度
非标准时距情况
U G U nonstandard
t standard
时距
1h 10min 5min 2min 1min 0.5min 20s 10s 5s 瞬时
1940年，美国西海岸华盛顿州建成了中央路径为853m，居当 时世界第三位的塔科马悬索桥（Tacoma Bridge），其设计风 速为60m/s。然而四个月后，却在19m/s的风速袭击下，产生 强烈扭曲振动而遭破坏。这次事故再次震惊了桥梁工程界，
经过广泛深入研究，提出了桥梁的风致振动问题。
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局部风——龙卷风
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局部风——龙卷风
龙卷风产生过程：
随着中尺度气旋向地面发展和向上伸展，它本身变细并增强。 同时，一个小面积的增强辅合，即初生的龙卷在气旋内部形成，产生 气旋的同样过程，形成龙卷核心。
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。
各类桥型抗风性能概述
各类桥型抗风性能概述气流绕过一般非流线型外形的桥梁结构时，会产生涡旋和流动的分离，形成复杂的空气作用力。
当桥梁结构的刚度较大时，结构保持静止不动，这种空气作用力只相当于静力作用；当桥梁结构的刚度较小时，结构振动得到激发，这时空气力不仅具有静力作用，而且具有动力作用。
在过去相当长的时间内，人们把风对结构的作用仅仅看成是一种由定常风所引起的静力作用，1940年秋，美国华盛顿州建成才4个月的塔科马（Tacoma）悬索桥在不到20m/s的8级大风作用下发生强烈的风致振动——反对称扭转振动而导致桥面折断和桥面坍塌，这才开始了以风致振动为重点的桥梁抗风研究。
1 常见桥型抗风性能研究现状1.1 连续刚构桥大跨度刚构桥由于其施工和造价上的优势成为一种很有竞争力的桥型。
但由于其上部结构悬臂施工长度大、自重大，墩体又常采用薄壁墩，其最大双悬臂状态的振动频率往往较低，因而风致振动和风致结构内力就成为桥梁设计、施工者们十分关心的问题。
韩万水等人采用离散涡（DVM）及风洞测力方法，确定主梁静气动力系数；采用抖振时域方法，计算最大双悬臂状态时的抖振响应。
与风洞试验结果进行对比分析。
计算中阻尼系数由气弹模型实测阻尼比确定；由于气弹模型设计中阻尼比相似不能够实现，故修正计算结果，探讨阻尼比对抖振响应的影响；最后采用两种抗风分析方法———阵风系数法和抖振时域分析法，分别对结构进行分析计算。
实例分析的计算结果表明，按阵风系数法得到的横桥向响。
应偏于保守。
1.2 拱桥张亮亮等人通过菜园坝长江大桥的节段模型静力试验和动力试验获得了主梁及主拱的静力三分力系数随攻角的变化规律、主梁的颤振特性以及识别了主梁的8个颤振导数，并对试验获得的结果进行了详细的分析. 最后，对该桥的主梁和拱肋的抗风性能进行了评价.通过节段模型试验发现重庆菜园坝长江大桥的主拱与主梁均具有良好的气动稳定性.1.3 斜拉桥李俊等人采用大型通用有限元程序ANSYS对宜宾长江大桥施工状态和成桥状态的动力特性进行了计算，分析了主梁的三分力系数取值，验算了桥梁的颤振稳定性和静力稳定性。
桥梁抗风抗震复习讲义课件
第1振型
第2振型
第3振型
桥墩的水平挠曲固有振型
时间函数 f (t ) 的幅值按照 Aet 逐渐衰减 ，如图
Aet
t
桥梁结构的自 振周期和地震 动卓越（主要） 周期越接近， 它的振型接受 到地震力的影 响越大；而结 构的阻尼比越 小，结构所受 的震害也越大。 分析和认识桥 梁结构的自振 周期、振型和 阻尼比这些动 力特性的重要 意义就在于此。
桥梁抗风抗震复习讲义
第二章 桥梁震害
地震强度
场地情况
桥梁震害
桥梁震害
人为错误
结构地震易损性
桥梁震害的四大原因
地基失效 结构强振 引起的破坏 引起的破坏
桥梁抗风抗震复习讲义
第二章 桥梁震害
2.3 下部结构和基础的震害
2.3.1 桥梁墩柱的震害 桥梁墩柱的震害
墩柱的弯曲破坏
墩柱的剪切破坏
墩柱的基脚破坏
桥梁抗风抗震复习讲义
第四章 桥梁工程抗震设计
桥梁抗震设计的任务，是选择合理的结构形式，并为结构提供较强的 抗震能力，具体包括以下三个方面 ：
正确选择能够有效地抵抗地震作用的结构形式； 合理地分配结构的刚度、质量和阻尼等动力参数，以便最大限度
地利用构件和材料的承载和变形能力； 正确估计地震可能对结构造成的破坏，以便通过结构、构造和其
桥梁抗风抗震复习讲义
1.2.2 烈度
人的感觉 物体反应 结构破坏 自然现象
–侧重点差异
–地震学：地震破坏后果 –抗震：地震作用强弱
–烈度与地震动参数关系
¡ 定义 ¡ 评价指标 ¡ 地震烈度表 ¡ 性质 ¡ 理解分歧 ¡ 影响因素及规律 ¡ 关于取消烈度
地震对地表及工程结构 影响的强弱程度
桥梁抗风科普
桥梁抗风科普嘿，朋友们！今天咱来聊聊桥梁抗风这档子事儿。
你说这风啊，平时感觉没啥，可一到了桥梁这儿，那可就不一般了。
咱就想想，那大桥高高地横跨在水面上、山谷间，多威风啊！但要是这风一吹起来，它可得受得住才行嘞！你看啊，风就像个调皮的孩子，有时候轻轻吹吹，有时候就撒起欢来，呼呼地使劲刮。
那对于桥梁来说，这可就是个考验啦！要是没做好准备，被风这么一吹，哎呀，那后果可不堪设想。
咱平常走在桥上，可能根本没想过风会带来啥影响。
但你想想，要是一阵大风刮过来，桥会不会晃悠啊？就好像你坐在船上，波浪一来，船不就晃了嘛。
这桥也是一样的道理呀！那怎么让桥梁不怕风呢？这就得靠工程师们的智慧啦！他们就像给桥穿上了一层厚厚的铠甲，让风奈何不了它。
他们会研究风的脾气，知道它啥时候温柔，啥时候暴躁。
然后根据这些来设计桥梁，让它稳稳地站在那儿。
比如说吧，他们会把桥梁的形状设计得特别巧妙。
就像咱人穿衣服一样，合适的款式穿着才舒服、才好看。
桥梁的形状要是设计好了，风刮过来就像滑滑梯一样，“嗖”地就过去了，根本伤不到桥。
还有啊，材料也很重要呢！得用那种特别结实、特别能抗风的材料来建桥。
这就好比你有一把好雨伞，再大的风雨也不怕被淋湿。
你说这桥梁抗风是不是很有意思？就像一场人和风的较量。
咱可不能小瞧了风，也不能小瞧了工程师们的本事。
他们就像一群勇敢的战士，守护着我们的桥梁，让我们能安全地在桥上走来走去。
咱再想想，如果没有这些抗风的措施，那大桥还不得被风给吹得摇摇晃晃啊！那多吓人呐！说不定走着走着就感觉像在荡秋千一样了。
所以啊，这桥梁抗风可真是太重要啦！这就是关于桥梁抗风的那些事儿，咱可得好好感谢那些默默付出的工程师们，是他们让我们的出行更加安全、更加稳当。
下次你再走过大桥的时候，不妨想想，这背后有多少人为了让它能抗住风而努力呢！这可不是一件简单的事儿啊，是不？。
铁路桥梁抗风设计与分析
铁路桥梁抗风设计与分析在现代铁路交通的发展中，铁路桥梁作为重要的基础设施，承担着保障列车安全、稳定运行的关键任务。
而风作为一种自然力量，对铁路桥梁的影响不可小觑。
因此，铁路桥梁的抗风设计与分析显得尤为重要。
风对铁路桥梁的作用是多方面且复杂的。
强风可能导致桥梁结构的振动，包括横向振动、竖向振动以及扭转振动。
这些振动如果超过一定限度，就会影响桥梁的安全性和使用性能，甚至可能引发结构的破坏。
此外，风还会对行驶中的列车产生侧向力，影响列车的运行稳定性和安全性。
在进行铁路桥梁抗风设计时，首先要对桥梁所在地区的风环境进行详细的调查和分析。
这包括收集当地的气象数据，了解风速、风向、风的湍流特性等信息。
通过这些数据，可以评估风对桥梁可能产生的影响程度，为后续的设计提供基础。
桥梁的外形和结构形式对其抗风性能有着重要影响。
流线型的桥梁截面通常具有较好的抗风性能，因为它们能够减小风的阻力和升力。
例如，箱梁结构在铁路桥梁中应用广泛，其良好的气动外形有助于降低风的作用。
同时，合理的结构布置，如增加桥梁的横向刚度和扭转刚度，也能够提高桥梁的抗风能力。
在抗风设计中，材料的选择也是一个关键因素。
高强度、轻质的材料可以减轻桥梁的自重，从而降低风对桥梁的作用力。
同时，材料的耐久性和抗疲劳性能也需要考虑，以确保桥梁在长期的风荷载作用下能够保持良好的性能。
对于大跨度铁路桥梁，风致振动的控制是抗风设计的重点和难点。
常见的风致振动控制措施包括设置风屏障、安装调谐质量阻尼器（TMD）或液体粘滞阻尼器等。
风屏障可以改变风的流动特性，减小风对桥梁和列车的作用。
阻尼器则通过消耗振动能量来抑制桥梁的振动。
在进行抗风分析时，通常会采用数值模拟和风洞试验相结合的方法。
数值模拟可以快速地对不同设计方案进行初步评估，预测风对桥梁的作用。
而风洞试验则能够更准确地模拟实际的风环境，获取桥梁在风作用下的力学响应。
通过对试验和模拟结果的分析，可以对设计方案进行优化和改进。
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桥梁风振概述 桥梁风振的研究方法
?理论分析
运用空气动力学原理，建立各类风荷载的数学模型，应 用结构动力学的方法，求解各类风致振动及其稳定性。
西奥多尔森(Theodorsen)理想平板颤振自激力理论；斯 坎伦(Scanlan) 桥梁断面颤振理论；达文波特（ Davenport） 抖振准定常理论。
中南大学桥梁工程系
桥梁风振概述
武汉阳逻长江大桥成桥态
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桥梁风振概述
安庆铁大桥
均匀流场（成桥无车状态）
桥梁风振概述
沪通铁路长江大桥
紊流场（ 成桥无车状态，模拟大气边界层） 27
桥梁风振概述
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?现场观测
桥梁风振概述
实桥测量风振特征与参数，是一种很好的研究手段，尤 其是桥梁发生风致病害时，研究价值更大。塔克马桥的实况 录像为桥梁事故原因分析以及桥梁风工程发展起到了重要的 推动作用。
用各根索固有频率的不同所产生的干扰效应来传递能量以达到抑振的目 的
? 风雨振的发振机理目前还不是十分清楚，但上述两抑振措施被证明是 十分有效的。
? 风雨振发振对雨量、风向、风特性、索表面特性均有要求，制约因素 很多，因而目前实验室虽能再现风雨振，但对具体桥来说难以明确其 会否发生风雨振。
桥梁风振概述
桥梁风振概述
桥梁风振概述
桥梁风振概述
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桥梁风振概述
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桥梁风振概述
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桥梁风振概述
桥梁风振概述
桥梁风振概述
桥梁风振概述
桥梁风振概述
?气动弹性现象：气流中的弹性体发生变形或振动，从而改变气 流边界条件，引起气流力的变化，反过来又引起弹性体新的变形 与振动，这种气流力与结构相互作用的现象即为气动弹性现象 。
加装风嘴、中央开槽、稳定板，使桥梁截面接近流线型， 避免或推迟漩涡脱落发生，增大竖向振动空气阻尼。
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桥梁风振概述
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桥梁风振概述
加装风嘴、中央开槽、稳定板，使桥梁截面接近流线型， 避免或推迟漩涡脱落发生，增大竖向振动空气阻尼。
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桥梁风振概述
?机械减振措施
加阻尼器（如TMD，磁流变阻尼器）。
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桥梁风振概述
?数值模拟
应用计算流体力学 方法，在计算机上实现桥 梁风振全过程，称为数值 风洞技术。
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桥梁风振概述 桥梁风振的减振措施
?空气动力学措施
引起桥梁振动的风荷载性质与桥梁外形有关。在不改变桥 梁结构与使用性能的前提下，适当改变桥梁外形或附加一些导 流装置，往往可以减轻桥梁风振。如：
0.02~0.03的结构阻尼后即可制振。 5、风雨振动易发生于位于平坦地区或跨海的桥梁上； 6、以面内振动为主； 7、斜拉索的水平偏角在30O～80O之间（也有文献认为在 20O ～60O ）；
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桥梁风振概述
? 目前国内外抑制斜拉索雨振的措施主要包括两类:
– 阻尼措施，即通过外加阻尼器增加系统的总体阻尼，从而达到减振、抑 振的作用；阻尼比要求大于0.35%即可（对数衰减率大于0.02）。
桥梁风振概述
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桥梁风振概述
? 桥梁风致病害典型案例 ? 桥梁风振的主要形态 ? 桥梁风工程的主要研究方法 ? 桥梁风致振动的减振措施
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桥梁风振概述
?大跨桥梁风致灾害
? 桥梁使用性能
? 桥名：伏尔加河桥 ? 时间：2010年5月 ? 风速：13~16m/s（6级风）
? 桥梁抗风安全性
– 桥名：美国塔科马桥 – 时间：1940年11月 – 风速：19 m/s(8级风）
桥梁风振概述
风雨振动
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桥梁风振概述
雨振特点：
1 、雨振常发生在斜拉索表面为光滑时；其直径为范围为 80~200mm （也有文献认为在 140~225mm ），相应的雷诺 数范围为：6×104~2×105；
2、它是在风速为6~18m/s的范围内所发生的一种有限振动； 3、发生的频率处于3Hz以下的范围内； 4、结构阻尼增加后振幅减少，如附加对数衰减率为
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桥梁风振概述
风雨振动是20世纪80年代才发现的一种斜拉索风致振动现 象。就目前的共识而言，认为风雨振动是指在一定风速 范围内，由于风、雨联合作用而引起的、处于一定姿态 的斜拉索的大振幅振动。下雨时当风的作用方向与斜拉 索的下坡一致时，在斜拉索的表面会形成上下两条通道， 雨日振本即名为港由西于大这桥些、通荒道津的大形桥成、，丹使麦斜法拉罗索桥的及截我面国变杨为浦对 空大气桥动、力武不汉稳长定江时二所桥发、生南的京振二动桥。、江西湖口大桥、鄂黄 长江大桥、洞庭湖大桥等的斜拉索的均出现过强烈的风 雨振动。名港西大桥观测到的最大风雨振动振幅达 0.55 米，洞庭湖大桥的最大振幅也超过 0.40米。 35
桥梁风工程的进一步发展，有待于基本理论框架的新突 破。
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桥梁风振概述
?风洞试验
目前，风洞试验是一个十分重 要且不可替代的手段。风洞试验包括： 节段模型试验，全桥模型试验等。
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第六章 桥梁风振概述 ?风洞试验
目前，风洞试验是一个十分重 要且不可替代的手段。风洞试验包括： 节段模型试验，全桥模型试验等。
– 气动措施，即通过改变索的表面状态，使索的气动性能、亲水性能及索 表面水的流动性能发生改变，从而在本质上减弱或消除雨振的发生机制， 常用方法包括在索表面施加凹坑或螺旋线。凹坑易被灰尘添满而失去作 用，而螺旋线会增大拉索的气动阻力， 对于大跨度公路桥梁来说，索上 风载占比较大，因而受影响较大。
– 一般认为钢胶线索阻尼大于平行钢丝索，不易发生风雨振动。 – 把拉索从外索至内索相互连接起来，通过连接件的伸缩来消能，同时利
?颤振：扭转发散振动或弯扭发散振动。如塔克马桥的桥面扭转 振动，飞机机翼振动
?驰振：细长结构因气流自激作用发生的纯弯曲大幅振动。如结 冰电线振动，塔柱、吊杆、拉索容易产生驰振形象。
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桥梁风振概述
?抖振：气流力受结构振动影响较小，气流力是一种强迫力，主 要是大气紊流导致结构强迫振动。 ?涡振：大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种 风致振动。
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桥梁风振概述
? 拉索风雨振
? 桥名：日本名港西大桥 ? 时间：1987年10月 ? 风速：10m/s（5级风）
? 吊杆等局部构件
– 桥名：广东某桥 – 时间：2006年10月 – 风速：12m/s（6级风）
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桥梁风振概述
1818-1840 年风毁桥梁案例
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桥梁风振概述
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桥梁风振概述
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桥梁风振概述