桥梁抗风的常见措施及定性分析
斜拉桥抗风措施
![斜拉桥抗风措施](https://img.taocdn.com/s3/m/0123971bbdd126fff705cc1755270722192e59b4.png)
斜拉桥抗风措施
斜拉桥抗风措施主要包括以下几个方面:
1. 结构设计方面:斜拉桥的主梁和斜拉索的设计需要考虑风荷载的影响,采用合理的结构形式和材料。
通过合理配置斜拉索数量和位置,可以降低桥梁受风荷载的影响。
2. 斜拉索的调校:斜拉桥的斜拉索需要进行调校,即通过调整索力大小和倾斜角度等参数,以使各个斜拉索之间的力平衡,提高桥梁的整体稳定性和抗风能力。
3. 设防装置:斜拉桥在桥面和梁体上设置挡风板、护栏等设防装置,可以减小风的侵袭,减少桥梁受风力的影响。
4. 风洞试验:在斜拉桥的设计阶段,可以进行风洞试验,模拟不同风速下的风荷载,测试桥梁的抗风性能,并根据试验结果进行相应的优化设计。
5. 定期检查和维护:定期对斜拉桥进行检查,发现并修复梁体、斜拉索以及设防装置等部件的损坏,确保桥梁的稳定性和抗风能力。
6. 风振控制:斜拉桥在设计中可以考虑采用风振控制措施,例如在主梁中设置阻尼器、减振器或阻尼墩等措施,以减小桥梁受到的风振影响,并提升抗风能力。
7. 风荷载监测:安装风速监测装置、加速度传感器等设备来实时监测斜拉桥受到的风荷载和振动情况,及时发现异常情况并
采取相应的应急措施。
8. 结构加强:针对可能受到较大风荷载影响的部位,如主梁端部、塔楼等,可以采用加强措施,例如增加钢板、加固节点等,提高结构抗风能力。
9. 建立风速警戒值和风速限制:根据斜拉桥的设计规格和实际情况,建立风速警戒值和风速限制,当风速超过限制时,必须采取相应的安全措施,如限制车辆通行或关闭部分桥面。
10. 加强管理和培训:建立专门的桥梁管理机构,负责对斜拉
桥的抗风措施进行日常管理和维护工作,同时培训桥梁工作人员,提高他们的应急处置能力和风险防范意识。
土木工程中的桥梁抗风设计技术
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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。
桥梁防风措施
![桥梁防风措施](https://img.taocdn.com/s3/m/0ab3fcba70fe910ef12d2af90242a8956aecaa45.png)
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。
桥梁设计中的抗风性能优化与评估
![桥梁设计中的抗风性能优化与评估](https://img.taocdn.com/s3/m/da2c548c81eb6294dd88d0d233d4b14e85243ecc.png)
桥梁设计中的抗风性能优化与评估在现代交通基础设施的建设中,桥梁作为跨越山川、河流和峡谷的重要结构,其安全性和稳定性至关重要。
而风作为一种自然力量,对桥梁的影响不容忽视。
强风可能导致桥梁的振动、变形甚至破坏,因此在桥梁设计中,抗风性能的优化与评估是一项关键任务。
一、风对桥梁的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,例如桥梁的主梁、桥墩等部位在风的吹拂下会承受一定的横向力和扭矩。
动力作用则更为复杂,包括颤振、抖振和涡振等现象。
颤振是一种自激振动,当风速超过一定临界值时,桥梁结构的振动会不断加剧,最终导致结构的破坏。
抖振则是由风的脉动成分引起的随机振动,虽然不会导致桥梁的立即破坏,但长期的抖振会引起结构的疲劳损伤。
涡振是由于风流绕过桥梁结构时产生的漩涡脱落引起的周期性振动,虽然振幅相对较小,但也会影响桥梁的使用舒适性和安全性。
二、桥梁抗风性能的优化设计为了提高桥梁的抗风性能,设计人员需要从多个方面进行优化。
1、桥梁的外形设计桥梁的外形对风的阻力和绕流特性有着重要影响。
流线型的外形能够有效地减小风的阻力,降低风对桥梁的作用。
例如,斜拉桥的主梁通常采用扁平箱梁或流线型箱梁,以减少风的阻力和提高抗风稳定性。
2、结构体系的选择不同的桥梁结构体系在抗风性能方面表现各异。
悬索桥由于其主缆的柔性较大,对风的敏感性相对较高,因此在设计时需要更加注重抗风措施。
而连续刚构桥和连续梁桥等结构体系则相对较为稳定,但也需要根据具体的风况进行合理的设计。
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振动。
在桥梁设计中,可以通过采用阻尼器等装置来增加结构的阻尼,从而提高桥梁的抗风性能。
4、加强结构的刚度提高桥梁结构的刚度可以减小风致振动的振幅。
通过合理设计主梁、桥墩和基础等结构的尺寸和材料,可以增强结构的刚度,提高抗风能力。
三、桥梁抗风性能的评估方法为了确保桥梁在风荷载作用下的安全性和稳定性,需要对桥梁的抗风性能进行准确的评估。
桥梁工程防台风措施方案
![桥梁工程防台风措施方案](https://img.taocdn.com/s3/m/91c7ce3426284b73f242336c1eb91a37f0113269.png)
桥梁工程防台风措施方案1. 引言随着台风频繁发生,桥梁工程在面临台风的袭击时容易受到严重破坏,对交通运输和人民生命财产安全带来威胁。
因此,制定有效的防台风措施方案十分必要。
本文将介绍桥梁工程防台风的主要措施,并提出一些实施建议。
2. 桥梁结构设计•使用抗台风设计标准:在桥梁的设计过程中,采用抗台风设计标准是首要的。
这包括选择更高的桥梁等级、增加桥梁结构的稳定性。
•提高桥梁抗风能力:根据台风风速,结构设计应考虑各个构件的抗风能力,包括风荷载的计算和主要构件的截面尺寸设计。
•选择抗风性能较好的材料:选用高强度钢材、高抗风混凝土等材料,以确保桥梁的结构强度和稳定性。
3. 施工过程控制•合理安排施工时间:避免在台风季节进行桥梁工程施工,特别是在预报台风登陆区域进行施工。
在预报台风来临前,组织项目人员做好防御准备,及时撤离危险区域。
•安全工作要求:加强施工现场的安全管理,确保工人们的安全。
在施工前,要进行全面的施工安全检查,确保桥梁工程的稳定和安全。
•监测和预警系统:使用先进的监测和预警系统来监测天气情况和台风路径,及时发送预警信息,以便采取必要的防御措施。
4. 维护与修复工作•桥梁定期检查与维护:定期检查桥梁结构的稳定性和安全性,对发现的问题及时进行维护和修复。
•组织紧急抢修队伍:在台风过后,必要的抢修工作要及时进行,组织专业的抢修队伍,确保桥梁能够尽快恢复正常运行。
•桥梁后期维护:加强桥梁的后期维护工作,包括加固桥基、修复桥面、更换损坏的部件等。
5. 培训与应急演练•培训工作人员:提高工作人员对台风防御的认识和应对能力,安排专业的培训,增强工作人员的应急处置能力。
•进行应急演练:定期组织台风防护演练,提高工作人员面对台风时的应急反应能力。
6. 结论针对桥梁工程防台风的需求,本文提出了一系列的防台风措施方案。
从桥梁结构设计、施工过程控制、维护与修复工作以及培训与应急演练等方面加强防台风工作,可以最大限度地减少桥梁受损和事故的发生,确保交通运输的安全性和顺畅性。
斜拉桥抗风措施
![斜拉桥抗风措施](https://img.taocdn.com/s3/m/62d07428cd7931b765ce0508763231126edb77b3.png)
斜拉桥抗风措施一、引言斜拉桥作为一种重要的桥梁结构形式,因其独特的外形和较大的跨度而备受关注。
然而,由于其结构特点,斜拉桥在面对强风时容易受到影响,因此需要采取一系列的抗风措施,以保证桥梁的稳定性和安全性。
本文将介绍斜拉桥抗风措施的相关内容。
二、抗风原理斜拉桥的主要力学特点是通过斜拉索将桥面承载的荷载引导到桥墩上。
然而,当风力作用于斜拉桥时,会产生横向力,对桥梁结构产生影响。
因此,为了提供足够的抗风能力,需要采取相应的抗风措施。
三、斜拉桥抗风措施1. 选择合适的设计参数:在斜拉桥的设计阶段,需要充分考虑所处地区的气候条件和风荷载,合理确定桥梁的设计参数。
根据不同地区的风速等级,确定桥梁的设计风速。
2. 优化结构形式:对于斜拉桥的结构形式,可以通过优化设计来提高其抗风能力。
例如,在桥面上设置空心结构,减小风的作用面积,降低风力对桥梁的作用。
3. 设计合理的桥塔:桥塔是斜拉桥的主要承重结构之一,其抗风性能对整个桥梁的稳定性起着至关重要的作用。
因此,在桥塔的设计中,需要考虑其形状和高度,以及采用适当的防风措施,如设置防风墙等。
4. 使用适当的材料:斜拉桥的材料选择也会对其抗风能力产生影响。
一般情况下,采用高强度、高韧性的材料,如钢材和混凝土等,可以提高斜拉桥的抗风能力。
5. 加强连接部分的刚度:斜拉桥的连接部分是桥梁结构中较为薄弱的地方,容易受到风力的影响。
因此,在设计中需要加强连接部分的刚度,以增加抗风能力。
6. 设置防风缆:为了进一步提高斜拉桥的抗风能力,可以在桥梁的侧面设置防风缆。
防风缆可以减小桥梁受风时的摆动幅度,增加桥梁的稳定性。
7. 定期检测和维护:斜拉桥在使用过程中需要定期进行检测和维护,及时发现并修复损坏的部分。
只有保持斜拉桥的良好状态,才能保证其抗风能力的稳定性。
四、结论斜拉桥作为一种独特的桥梁结构形式,需要采取一系列的抗风措施,以保证其稳定性和安全性。
通过选择合适的设计参数、优化结构形式、设计合理的桥塔、使用适当的材料、加强连接部分的刚度、设置防风缆以及定期检测和维护,可以提高斜拉桥的抗风能力,保障其正常运行。
铁路桥梁抗风设计与分析
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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。
桥梁抗风措施
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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。
铁路桥梁设计中的抗风能力分析
![铁路桥梁设计中的抗风能力分析](https://img.taocdn.com/s3/m/2be68d4fcd7931b765ce0508763231126edb77ac.png)
铁路桥梁设计中的抗风能力分析铁路桥梁作为铁路运输的重要组成部分,其安全性和稳定性至关重要。
而风作为一种自然力量,对铁路桥梁的影响不可忽视。
在铁路桥梁的设计过程中,充分考虑抗风能力是确保桥梁结构安全和正常使用的关键因素之一。
风对铁路桥梁的作用形式多种多样,包括静力作用、动力作用以及风与结构的相互作用等。
静力作用主要是指风对桥梁结构产生的平均压力和吸力,这会导致桥梁构件的变形和内力增加。
动力作用则更为复杂,如风致振动,包括颤振、涡振等,可能会引起桥梁结构的疲劳损伤甚至破坏。
在铁路桥梁的抗风设计中,首先要进行准确的风场特性分析。
这需要收集桥梁所在地区的气象数据,包括风速、风向、风的湍流强度等。
通过对这些数据的统计和分析,确定设计基准风速。
设计基准风速是抗风设计的重要参数,它直接影响到桥梁结构所承受的风荷载大小。
桥梁的外形和结构形式对其抗风性能有着显著的影响。
流线型的截面形状通常能够有效地减小风的阻力,降低风对桥梁的作用。
例如,箱梁截面在铁路桥梁中应用广泛,其良好的气动性能有助于提高抗风能力。
此外,桥梁的跨度、高度、宽度等几何参数也会影响风的作用效果。
较长的跨度可能会使桥梁更容易受到风致振动的影响,因此在设计时需要采取相应的加强措施。
材料的选择在铁路桥梁的抗风设计中也起着重要作用。
高强度、轻质的材料能够在保证结构强度的同时,减轻桥梁的自重,从而降低风荷载的影响。
例如,采用高性能钢材或新型复合材料可以提高桥梁的抗风性能。
在结构体系方面,合理的支撑和连接方式能够增强桥梁的整体稳定性。
例如,增加桥墩的数量和刚度、采用有效的梁墩连接方式等,都可以提高桥梁在风荷载作用下的抵抗能力。
对于可能出现的风致振动,需要进行专门的分析和评估。
颤振是一种自激发散的振动现象,一旦发生会导致桥梁结构的迅速破坏,因此在设计中必须通过理论分析和模型试验确保桥梁不会发生颤振。
涡振则是一种在特定风速下出现的有限振幅振动,虽然不会导致结构的立即破坏,但会影响行车舒适性和结构的疲劳寿命,也需要加以控制。
桥梁结构的抗风性能研究
![桥梁结构的抗风性能研究](https://img.taocdn.com/s3/m/db4195e3b1717fd5360cba1aa8114431b80d8e53.png)
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。
提高桥梁抗风稳定性的措施
![提高桥梁抗风稳定性的措施](https://img.taocdn.com/s3/m/0d9747db89eb172ded63b7df.png)
员产生不舒 适感 。
2 . 空气静力失稳 。所谓空气静力失稳 是指结构 在给定 的风速作用下 ,主梁发生弯 曲和扭转 ,这 一方
面改 变 了结构 刚度 ,另一 方面改 变 了风荷 载 的大 小 ,
并反过来增大结构 的变形 ,最 终导致 结构失稳 。与动 力失稳不 同 ,静力失稳发生前 无任何 预兆 ,具有突发
些新型的复合材料具有更为优越 的性能 ,但是还不 振幅与风动态作用和结构阻尼有很大 的关 系 ,为
能充分的解决提高桥梁 刚度 的问题 。 提高主梁 的抗风性能 ,可采取增大结构 阻尼 ,通常主
要是 采用 阻尼 器 。 目前 常用 的阻 尼器有 调 谐质 量 阻
设稳定索可使缆索联成一体 ,从而降低拉索的涡激振
悬 索桥 在架设 加劲梁阶段 的气动稳 定性 比成桥状态更
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 。
为不利 等等 。
作 为提高桥梁抗 风稳定 性的设计上 的对策 ,主要 是从结 构动力 学和空气动力学两方面来考虑。 结 构动力学方面的考虑主要是提高刚度 ,增加质 量和阻尼 ,使系统对外界激励 的响应程度减小 ,具体
提 高桥 梁抗 风 稳 定 性 的 措施
口 文/ 中铁 十八局 集 团第二 工程有 限公 司 杨毅
风对 结 构 的作 用 ,会 产 生 很 多 的 危 害 。例 如 , 会 使 结构 物或 结构 构件 因受 到过 大 的风力 作用 产生
桥梁设计中的抗风性能优化
![桥梁设计中的抗风性能优化](https://img.taocdn.com/s3/m/69fef9abf71fb7360b4c2e3f5727a5e9856a27c9.png)
桥梁设计中的抗风性能优化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,其安全性和稳定性至关重要。
风作为一种自然力量,对桥梁的影响不可忽视。
强风可能导致桥梁结构的振动、变形甚至破坏,严重威胁着桥梁的正常使用和人们的生命财产安全。
因此,在桥梁设计中,优化抗风性能是一项至关重要的任务。
桥梁在风中所面临的挑战是多方面的。
首先,风的流动特性会在桥梁表面产生压力分布的不均匀,从而引发升力和阻力。
当风速达到一定程度时,这种力可能导致桥梁的大幅振动,如颤振、涡振等。
颤振是一种自激振动,一旦发生,可能会迅速导致桥梁结构的破坏。
涡振则是由于风绕流桥梁时产生的周期性漩涡脱落引起的,虽然其振幅通常较小,但长时间的涡振会导致结构疲劳,影响桥梁的使用寿命。
为了优化桥梁的抗风性能,设计师们需要从多个方面入手。
首先是桥梁的外形设计。
流线型的外形能够有效地减小风的阻力,降低风对桥梁的作用。
例如,斜拉桥的索塔和主梁通常采用较为流畅的线条,减少风的阻力和漩涡的形成。
而悬索桥的主缆和加劲梁也会经过精心设计,以适应风的流动。
桥梁的结构体系也对其抗风性能有着重要影响。
合理的结构布置可以提高桥梁的整体刚度和稳定性。
例如,增加桥梁的跨度和高度比例,使得结构在风作用下的变形更加均匀;采用多塔多跨的结构形式,可以分散风荷载,降低单个构件所承受的风压力。
材料的选择也是优化抗风性能的关键因素之一。
高强度、轻质的材料不仅可以减轻桥梁自身的重量,降低风荷载的作用,还能提高结构的强度和韧性。
例如,现代桥梁中广泛使用的高性能钢材和复合材料,具有良好的力学性能和抗风性能。
在桥梁设计中,风洞试验是评估和优化抗风性能的重要手段。
通过在风洞中模拟实际的风场环境,对桥梁模型进行测试,可以获取桥梁在不同风速和风向条件下的受力和振动情况。
根据风洞试验的结果,设计师可以对桥梁的外形、结构和构件尺寸进行调整和优化,确保桥梁在实际使用中能够抵御强风的侵袭。
桥梁设计抗风措施与技术研究
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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!。
桥梁设计中的抗风规范要求
![桥梁设计中的抗风规范要求](https://img.taocdn.com/s3/m/85eb8326f4335a8102d276a20029bd64793e6255.png)
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。
海上桥梁的抗风稳定性分析
![海上桥梁的抗风稳定性分析](https://img.taocdn.com/s3/m/27626dbd8662caaedd3383c4bb4cf7ec4bfeb677.png)
海上桥梁的抗风稳定性分析近年来,随着科技的进步和人们对海洋资源的开发利用的增加,海上桥梁的建设成为了一个热门话题。
海上桥梁作为一种特殊性质的桥梁工程,不仅要承受水流和海浪的冲击,还要面对强风的考验。
因此,对海上桥梁的抗风稳定性进行分析是至关重要的。
首先,我们来看看海上桥梁在面对强风时会面临哪些挑战。
强风会对海上桥梁产生巨大的风压和气动力,极大地影响桥梁的稳定性和安全性。
在某些极端情况下,强风甚至可能导致桥梁的倒塌。
因此,了解风压和气动力对桥梁的影响,对于确保海上桥梁的稳定性具有重要意义。
其次,我们需要分析风压和气动力是如何影响海上桥梁的稳定性的。
首先,风压是指风对桥梁表面单位面积产生的压力。
风压的大小取决于风速、风向、桥梁的形状、倾斜度以及横向风场的分布等因素。
过大的风压会导致桥梁表面出现不均匀的应力分布,从而增加桥梁的结构风险。
其次,气动力是指风对桥梁产生的动力作用。
强风会对桥梁产生侧向荷载,通过涡流的产生和脱落,造成桥梁的振动和应力集中,进而加剧桥梁的疲劳破坏。
然后,我们需要探讨提高海上桥梁抗风稳定性的方法。
首先,桥梁的结构设计应考虑到海上风环境的特点。
为了减小风阻力,可以采用流线型的桥梁横截面设计,减少迎风面积。
同时,根据风压和气动力的分布规律,合理地设置结构加固措施,增强桥梁的整体稳定性。
其次,采用先进的材料和建造技术也是提高海上桥梁抗风稳定性的关键。
使用高强度、耐候性和抗腐蚀性能良好的材料,能够有效地提高桥梁的抗风能力。
此外,严格控制施工质量,确保桥梁的连接处和支座的牢固性,也是保障海上桥梁稳定性的重要手段。
最后,我们需要注意到抗风稳定性分析只是保证海上桥梁安全稳定的一部分。
除了考虑桥梁在强风条件下的稳定性,还需要将其他外部因素如海浪、潮汐等因素考虑进去。
海上桥梁的设计必须是一个复杂的工程,需要综合考虑各种因素的影响。
总而言之,海上桥梁的抗风稳定性分析对于保证桥梁的安全可靠性具有重要意义。
桥梁结构的风振响应分析与抗风设计
![桥梁结构的风振响应分析与抗风设计](https://img.taocdn.com/s3/m/5769e59527fff705cc1755270722192e453658de.png)
桥梁结构的风振响应分析与抗风设计桥梁作为重要的交通工程之一,承载着车辆和行人的重要通道。
然而,由于自然环境的不断变化以及人类活动的影响,桥梁经常面临风振响应的问题。
为了确保桥梁结构的安全性和稳定性,风振响应分析与抗风设计成为了重要的研究内容。
1. 风振响应分析在桥梁结构的风振响应分析中,首先需要考虑的是风的作用。
风是桥梁结构风振响应的主要外荷载,其大小和方向都会对桥梁结构产生重要影响。
风的作用可以通过测风站点的数据来确定,包括风速、风向、风向角等。
其次,还需要考虑的是桥梁结构的动力特性。
桥梁结构通常是具有一定刚度和自振频率的动力系统,因此需要对桥梁结构进行模态分析,确定其固有频率和振型。
通过模态分析,可以得到桥梁结构在不同频段上的响应特性,进而掌握其振动特点。
最后,基于风荷载和桥梁结构的动力特性,可以进行风振响应计算和分析。
常用的方法包括频谱法、相应谱法、时程分析法等。
通过这些方法,可以预测和评估桥梁结构在风荷载下的振动响应,为抗风设计提供依据。
2. 抗风设计为了确保桥梁结构的安全性,必须进行抗风设计。
抗风设计的目标是通过合理的结构设计和加固措施,减小或消除桥梁结构在风荷载下的振动响应,使其具备足够的抗风能力。
抗风设计的方法多种多样。
一方面,可以通过减小桥梁结构的风荷载来增加其抗风能力,如减小桥面的横向风压系数、减小桥梁体型的风阻面积等。
另一方面,可以通过增加桥梁结构的刚度和阻尼来提高其抗风稳定性,如合理选取材料、结构形式和节点连接方式等。
此外,抗风设计还需要考虑桥梁结构的动态特性。
在桥梁结构的设计中,通常会采用动力参数进行抗风设计,如振动幅值、振动周期、振动频率等。
通过合理选择动力参数,可以确保桥梁结构在风荷载下的稳定性和安全性。
在实际的工程实践中,除了风振响应分析和抗风设计之外,还需要进行监测和评估工作。
通过实时监测桥梁结构的振动响应,可以及时发现和掌握其风振状况,为后续的抗风设计和维护提供参考依据。
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](https://img.taocdn.com/s3/m/70a0c5f414791711cd791791.png)
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。
铁路桥梁设计中的抗风性能分析
![铁路桥梁设计中的抗风性能分析](https://img.taocdn.com/s3/m/e7b9bca1f605cc1755270722192e453610665b97.png)
铁路桥梁设计中的抗风性能分析在现代铁路交通系统中,桥梁作为重要的基础设施,承载着列车的安全运行。
而风作为一种自然力量,对铁路桥梁的稳定性和安全性构成了不容忽视的挑战。
因此,在铁路桥梁的设计过程中,抗风性能的分析至关重要。
铁路桥梁所处的环境复杂多变,风的作用可能导致桥梁结构的振动、变形甚至破坏。
为了确保铁路桥梁在风荷载下的正常使用和安全性,需要从多个方面进行深入的抗风性能分析。
首先,风的特性是影响铁路桥梁抗风性能的关键因素之一。
风的速度、风向、湍流强度等参数都会对桥梁产生不同程度的作用。
例如,强风可能会直接施加巨大的压力和吸力在桥梁结构上,而湍流则可能引起桥梁的抖振和涡激振动。
在桥梁结构方面,其外形和几何形状对风的流动产生影响。
流线型的桥梁结构通常能够减小风的阻力,降低风对桥梁的作用力。
而较为复杂的结构形状可能会导致风的分离和漩涡的形成,增加风荷载的复杂性。
材料的选择也与抗风性能密切相关。
高强度、轻质的材料在抵抗风荷载时具有一定优势,能够减轻桥梁自身的重量,降低风对其的影响。
在进行抗风性能分析时,数值模拟是一种常用的方法。
通过建立数学模型和利用计算机软件,可以模拟风在桥梁周围的流动情况,预测桥梁所受到的风荷载和响应。
这种方法能够较为准确地评估不同设计方案下桥梁的抗风性能,为优化设计提供依据。
风洞试验则是另一种重要的手段。
将桥梁模型放置在风洞中,模拟实际的风环境,直接测量桥梁受到的风力和振动情况。
风洞试验能够提供真实可靠的数据,但成本相对较高,且试验条件的设置需要严格控制。
在实际的铁路桥梁设计中,工程师需要综合考虑各种因素,制定合理的抗风设计策略。
对于跨度较大的桥梁,如悬索桥和斜拉桥,抗风设计尤为关键。
这类桥梁的柔性较大,更容易受到风的影响,需要采取特殊的抗风措施,如设置风缆、优化桥塔形状等。
在桥梁的施工过程中,也需要考虑风的影响。
强风可能会影响施工的安全性和精度,因此需要制定相应的防风措施和施工方案。
桥梁工程防台风措施方案
![桥梁工程防台风措施方案](https://img.taocdn.com/s3/m/935d79c1d1d233d4b14e852458fb770bf68a3b42.png)
桥梁工程防台风措施方案随着气候变化的加剧,台风对桥梁工程的破坏性影响日益凸显。
特别是在近年来,全球范围内不断出现的强台风和超强台风,对桥梁工程的破坏性影响越发严重。
因此,针对桥梁工程的防台风措施显得尤为重要。
本文将从桥梁工程的设计、建设和维护等方面探讨防台风的相关措施。
一、设计阶段1.1 结构抗风性能设计在桥梁工程设计的初期阶段,应充分考虑台风对结构的破坏性影响,采取相应的抗风设计措施。
根据台风的风速等级,采用不同的风荷载标准和计算方法,确保桥梁工程的结构能够在台风袭击时保持稳定。
1.2 选择适宜的材料在桥梁工程的设计中,应选择对台风具有较高抗风性能的材料,如高强度混凝土、耐候钢等,以确保桥梁工程在强台风和超强台风的袭击下能够保持结构完整性。
1.3 考虑风载破坏机理在桥梁工程的设计中,需要充分考虑台风对结构的破坏机理,如风压、风振等因素,采用合适的计算模型和分析方法,确保结构的抗风能力达到设计要求。
1.4 设计防护结构对于特别暴露于台风影响的桥梁工程,可以考虑在设计阶段增加一些防护结构,如风挡墙、护坡、护栏等,以减轻台风对结构的冲击。
二、建设阶段2.1 强化施工工艺在桥梁工程建设的过程中,应采取相应的施工工艺措施,以提高工程的防台风能力。
如采用全钢模拱形脚手架的悬索桥型钢梁吊装技术,能够大大减少对主缆的影响,提高桥梁工程的抗台风能力。
2.2 加强监测与预警建设过程中,需要加强对气象条件的监测与预警,及时掌握台风的动向和风力等信息,确保工程人员和设备能够做好防台风准备。
2.3 施工质量控制在桥梁工程建设过程中,需要严格控制施工质量,确保各个工程节点的设计要求得到满足,以提高工程的抗台风能力。
2.4 做好施工记录与档案管理建设过程中,需做好施工记录与档案管理,及时记录台风等极端天气对桥梁工程的影响,为后期的维护提供有效的参考依据。
三、维护阶段3.1 定期检测和维护对于已建成的桥梁工程,需要定期进行结构检测和维护,及时发现和修复存在的安全隐患,提高工程的抗台风能力。
桥梁施工中的防风与抗倾覆技术研究
![桥梁施工中的防风与抗倾覆技术研究](https://img.taocdn.com/s3/m/f7cc3b25974bcf84b9d528ea81c758f5f61f29ee.png)
桥梁施工中的防风与抗倾覆技术研究桥梁施工中的防风与抗倾覆技术研究摘要:桥梁是城市交通运输的重要组成部分,其安全性和稳定性对于保障交通运输的顺畅至关重要。
然而,桥梁在施工过程中容易受到风力和倾覆的影响,因此,研究桥梁施工中的防风与抗倾覆技术对于提高桥梁施工安全性具有重要意义。
本文将介绍桥梁施工中常见的防风与抗倾覆技术,并分析其优缺点,以期为桥梁施工工程提供参考。
一、引言桥梁施工中常受到风力和倾覆的威胁,这对桥梁的安全性和稳定性构成了严重的挑战。
风力可能会导致施工材料的飞散、施工设备的倾覆,甚至对施工工人的人身安全造成威胁。
而倾覆则可能会导致桥梁的结构破坏,造成巨大的经济损失。
因此,研究桥梁施工中的防风与抗倾覆技术对于提高桥梁施工安全性具有重要意义。
二、防风技术研究风速监测与预测技术风速监测与预测技术是防风技术中的重要一环。
通过安装风速监测仪器,可以实时监测施工现场的风速情况,并根据监测数据进行风力预测。
这样,施工人员可以提前做好防风准备,如加固施工材料、减少高空作业等。
同时,风速监测与预测技术还可以用于制定施工计划,避免在高风速天气条件下进行施工。
防风措施在桥梁施工中,常用的防风措施包括:设置风墙、加固脚手架、采用重物压制等。
风墙是一种用于减小风力对施工材料和设备的影响的屏障,可以通过减小施工现场的风速来提高施工安全性。
加固脚手架可以增加其结构的稳定性,减少倾覆的风险。
采用重物压制的方法,可以增加施工设备的重量,提高其抗风能力。
三、抗倾覆技术研究地基加固技术地基加固技术是抗倾覆技术中的重要一环。
通过采用土工合成材料、加固桩等方法,可以提高桥梁地基的稳定性。
土工合成材料可以增加地基的抗剪强度和抗侧向位移能力,从而减小桥梁的倾覆风险。
加固桩可以通过增加地基的承载能力和刚度,提高桥梁的稳定性。
结构加固技术在桥梁施工中,常采用结构加固技术来提高桥梁的抗倾覆能力。
结构加固技术包括加固梁、加固墩等方法。
加固梁可以通过增加梁的截面尺寸或采用高强度材料,提高梁的抗弯能力,从而减小桥梁的倾覆风险。
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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。
因此减少风振不仅需要选择良好的梁体截面,还要通过风洞试验来选用各种整流装置,如流线型风嘴、整流翼板等。
2.2桥塔的风振一般来说,同等跨度桥梁的桥塔,悬索桥的桥塔高度大致仅为斜拉桥的一半,桥塔的风振,两者可以相互借鉴。
桥塔塔柱常采用矩形,主要考虑涡振与挠曲驰振的问题。
在架设主缆之前,桥塔由于高度较大'冈0度和阻尼相对较小,在小风速的情况下涡振的发生频率是很高的,常安装滑移块或调质减震器来增加塔柱的阻尼。
由于桥塔是细长钝体结构,在气流中不断吸收能量,因此驰振的发生也是不可忽视的。
当 (升力系数的导数)<0时,可能出现不稳定的驰振现象。
常常通过风洞试验选择合适的桥塔断面来防止驰振的发生,如采用圆形截面和八角形截面。
2.3索的风振由于拉索的柔性、相对较小的质量及较低的阻尼,在风荷载的作用下,拉索极易发生振动。
拉索的风致振动包括涡激共振、尾流驰振、驰振、风雨激振等。
拉索的大幅振动容易引起锚固端的疲劳或者毁坏拉索端部的腐蚀保护系统,影响拉索的使用寿命,严重时甚至要紧急封闭交通。
拉索振动已成为大跨径斜拉桥要解决的严重问题之一。
在风的作用下斜索的后流会产生交变涡流,成为卡门涡旋。
当漩涡脱落的频率和拉索的某一阶自振频率接近时,则发生拉索涡激共振。
涡激共振引起的拉索振幅可由下式近似计算:其中:L C 为升力系数; k f 为模态频率;D 为柱体的横风向投影尺寸;w U 为发生涡激共振的临界风速;2d m ρε称为Scruton 数,Scruton 越大涡激振动幅度越小。
由上式可以看出,增大拉索的质量和阻尼比可以降低拉索的振幅。
当两根拉索沿风向斜时,来流方向的下游拉索 比上游拉索发生更强烈的风致振动,称为尾流驰振。
上游拉索的尾流区存在一个不稳定驰振区。
如果下游拉索正好位于这一不稳定区中,其振幅就会不断加大,直至达到一个稳态大振幅的极限环。
当两根拉索距离较远时超出尾流驰振不稳定区时,就不会发生尾流驰振。
国外研究表明,发生尾流驰振的临界风速可近似表示为:式中:C 为和上下游索距相关的常数。
上式表明,发生尾流驰振的临界风速与模态频率成正比,与Scruton 数的平方根也成正比。
由上式可以看出,增大拉索的质量和阻尼比同样可以增大驰振的临界风速。
风雨激振是在风雨共同作用下发生的拉索振动,是目前已知的拉索振动形式中最强烈的一种大幅低频振动。
由于风雨激振是一种固、液、气三态耦合的复杂现象,其形成机理仍没有定论。
其研究手段主要有现场观测、风洞试验和理论分析。
3大跨度缆索支撑体系桥梁的抗风措施3.1结构构造的制振方法增加扭转刚性对提高大跨度桥梁设计的发散振动极限风速是非常有效的。
如在加劲桁架上设置无钢筋网络相连的行车道桥面结构时,采用设置上下横梁的方法形成准闭合断面可以显著增加扭转。
另外,还可以在缆索支撑桥梁上加一些辅助设施同样可以提高其抗风稳定性。
比如,在悬索桥的主缆与主梁之间加中央扣可以大大提高发散风速。
3.2空气动力的制振方法断面形状对于对风敏感的结构是否稳定有重要 的作用。
通常流线型断面的形状要比钝体断面的抗风性能好得多。
但当采用薄翼型的断面时,受水平风作用时,有产生涡激振动的可能,薄的流线型断面在有迎角的风作用下,易产生颤振,所以对于各种流线型断面的选择也要慎重考虑,通常通过风洞试验进行试验确定。
另一种增加抗风稳定性的方法是采用桁架断面。
由于其通风空间较箱形断面大得多,所以静风阻力小得多。
此外,常采用在上部结构安装一些附属设施来减小风振,如翼板、导流器及绕流器等。
3.3机械构造的制振方法由于缆索体系桥梁的跨度较大,桥梁结构更轻更柔,结构的阻尼特性减弱,造成风和车辆等因素激励下结构响应值加大,故常需要增加结构的阻尼来抑制风振。
常常采用被动抑振(如TMD,TLD或ID)和主动抑振(AMD)。
被动抑振又分为调谐附加质量方法(如TMD等)和非调谐质量法(如ID冲击阻尼器)。
主动抑振方法是采用计算机系统进行监控,如达到需要抑振时,自动驱一套装置改变质量分布、刚度或阻尼等方法来抑振。
4桥梁抗风稳定性的分析与比较以1 400 m主跨的悬索桥、斜拉桥以及吊拉组合体系桥为例,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,并探讨了具有良好抗风稳定性的缆索支承桥梁结构型式.4.1动力特性分析采用基于子空间迭代法的动力特性有限元分析程序,考虑结构的几何非线性因素,分析了成桥状态结构的前2O阶振型,以1 400 m主跨的三种桥型悬索桥、斜拉桥和吊拉组合体系桥的主要振型频率值见表1.分析时,结构离散为三维有限元计算模型,当中桥面主梁采用鱼骨梁式计算模型,桥面主梁和桥塔等构件简化为空间梁单元,主缆、吊杆和斜拉索则简化为空间杆单元,主梁和吊杆或斜拉索之间采用刚性横梁模拟.表1不同桥型主要振型的频率值(Hz)注:注:1)数字表示振型阶数;S表示对称振型;AS表示反对称振型.从表1结果比较可以看出,吊拉组合体系桥的一阶对称竖弯和侧弯频率最大,其它的振型频率都处于悬索桥和斜拉桥之间,但与悬索桥相比有较大幅度的提高.这主要是由于悬吊部分和斜拉部分的共同作用有效地提高了吊拉组合体系桥的结构刚度.与其它振型频率相比,斜拉桥和吊拉组合体系桥的扭转频率比悬索桥高出很多,这对于提高其抗风稳定性是有利的.4.2空气静力稳定性分析在O。
风攻角下,采用三维非线性空气静力分析程序对悬索桥、斜拉桥和吊拉组合体系桥进行了随风速增加的空气静力特性分析.分析时,桥面主梁考虑了静风荷载的阻力、升力和升力矩三个分量的共同作用,由于三座桥梁的主梁断面形状与润扬长江大桥非常相似,因此相应的静力三分力系数都取用了润扬长江大桥节段模型风洞试验结果;主缆、斜拉索和桥塔仅考虑阻力分量的作用,主缆和斜拉索的阻力系数为0.7,桥塔的阻力系数为2.0.主梁跨中点的横向、竖向以及扭转位移随风速增加的变化趋势如图4所示.由图1可以看出,悬索桥在90 m/s附近时竖向和扭转位移急剧增大,说明结构已经开始由稳定状态转为不稳定状态,达到了失稳的临界状态.与吊拉组合体系桥相比,斜拉桥的侧向和扭转位移明显增大,而竖向位移基本一致.综合比较可知,在所分析的风速范围内吊拉组合体系桥的位移最小,而且未出现失稳的迹象,因而其空气静力稳定性最好.图1 不同桥型的主梁跨中点位移随风速增加的变化趋势4.3 空气动力稳定性分析采用三维非线性空气动力稳定性分析程序,在0。
风攻角下,对悬索桥、斜拉桥和吊拉组合体系桥进行了空气动力稳定性分析,空气动力失稳的临界风速如表2所示.分析时,桥面主梁的气动导数均取用润扬长江大桥节段模型风洞试验结果,结构的阻尼比为0.5 .表2 不同桥型的空气动力失稳临界风速可以看出,在相同主跨情况下,斜拉桥的空气动力稳定性最好,其次为吊拉组合体系桥,悬索桥最差.究其原因可以从表1所示三种桥型的主要自振频率结果中得到解释.与悬索桥相比,斜拉桥和吊拉组合体系桥的竖向弯曲尤其是扭转振动频率有显著的提高,而扭转频率的提高对于改善桥梁的抗风稳定性是十分有利的.因此,说明了在抗风性能上相同主跨的斜拉桥和吊拉组合体系桥要好于悬索桥.4.4分析结果结果表明:吊拉组合体系桥刚度大,抗风稳定性好,是一种具有良好抗风性能的缆索支承桥梁结构型式.5 桥梁抗风性能分析5.1桥梁抗风性能分析简介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,这种空气力作用只相当于静力作用;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风压所引起的静力作用,直到1940年秋,美国华盛顿州建成才4个月的塔科马悬索桥在不到20m/s的8级风作用下发生强烈的振动而坍塌,才结束了单纯考虑风压静力作用的历史。
风的动力作用激发了桥梁风致振动,而振动起来的桥梁又可能反过来改变流场和空气力,形成风与结构的相互作用。
当空气力受结构振动影响较小时,空气力作为一种强迫力,主要导致桥梁结构的强迫振动——随机抖振;当空气力受结构振动影响较大时,受振动结构反馈作用的空气力则主要表现为一种自激作用,导致桥梁结构的自激振动——颤振或驰振。
桥梁风振理论一般可按桥梁风振的不同形式分成4种,即桥梁颤振理论、桥梁驰振理论、桥梁涡振理论和桥梁抖振理论。
5.2桥梁抗风性能分析研究近况5.2.1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。