桥梁风振专题讲解
桥梁工程中的风振响应分析与控制
桥梁工程中的风振响应分析与控制随着城市建设的快速发展，桥梁作为交通运输的重要基础设施之一在城市中扮演着重要的角色。
然而，随之而来的问题是桥梁的安全性和稳定性，尤其是在面对自然灾害，比如风力的情况下。
因此，风振响应分析与控制成为了桥梁工程中非常重要的一部分。
首先，我们来了解一下什么是风振响应。
风振是指桥梁结构在风力作用下产生的振动。
由于桥梁的特殊结构和外形，会受到风力的影响，导致桥梁出现振动，甚至造成毁坏。
因此，准确地分析和控制风振响应是保障桥梁结构安全的关键。
在桥梁工程中，风振响应的分析是非常复杂和困难的。
首先，我们需要对桥梁结构的特性和风场环境进行详细的调查和研究。
通过测量和模拟，可以获取桥梁结构的振动响应和风荷载。
其次，我们需要运用数学模型和工程软件对桥梁结构的风振响应进行计算和仿真。
这可以帮助我们更好地理解和预测桥梁结构在不同风场环境下的振动特性。
最后，我们还需要进行实地观测和监测，以验证模型的准确性，并进行相应的调整和改进。
在风振响应的控制方面，我们可以采取一系列的措施来减小桥梁结构的振动。
首先，我们可以在设计阶段就采用一些抗风振设计措施，比如增加桥梁结构的刚度和抗风能力，通过改变桥面的形状和截面等来减小风力对桥梁的影响。
其次，我们可以采用一些隔振措施，比如在桥梁的支座或连接处设置专门的隔振装置，将桥梁的振动转化成热能或其它形式的能量，从而减小桥梁的振动幅度。
此外，我们还可以考虑结构减振的方法，如利用阻尼器、质量阻尼等方式来减小桥梁结构的振动。
这些措施可以有效地控制桥梁风振响应，提高桥梁结构的安全性和稳定性。
值得注意的是，风振响应分析和控制不仅仅局限于大型桥梁，对于一些特殊形状和结构的小型桥梁也是非常重要的。
比如，拱桥在风力作用下容易产生振动，如果不加以合理的控制和设计，可能会导致桥梁破坏。
因此，对于这些特殊类型的桥梁，我们需要进行细致的风振响应分析和控制，以确保其结构的稳定性和安全性。
桥梁风振专题(学习课资)
公开课资
16
桥梁风振概述
公开课资
17
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。
公开课资
18
桥梁风振概述
斜拉索表面制造成凹痕或螺旋线，可以减轻斜拉索风 雨振的程度。
公开课资
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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）。怎样达到很好的减 振效果？
公开课资15桥梁源自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：
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。
公开课资
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桥梁风振概述 •斜拉索风雨振
日本名港西大桥（MeikoNishi）、洞庭湖大桥均实测到拉 索在风雨共存的条件下，发生风雨振。称为影响最大的一种桥 梁病害。
公开课资
7
桥梁风振概述
桥梁风振的主要形态
公开课资
8
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。
•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。
公开课资
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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。
桥梁建设中的风振问题与控制方法
桥梁建设中的风振问题与控制方法桥梁是现代城市交通的重要组成部分，它们承载着人们的出行需求，连接着城市的各个部分。
然而，桥梁在面对气候变化和自然灾害时，特别是风力的影响下，往往会出现风振问题，给桥梁的稳定性和安全性带来威胁。
本文将探讨桥梁建设中的风振问题及其控制方法。
风振问题是指桥梁在强风环境下出现振动现象，如桥面、桥体、悬索等部分发生摆动、摇晃等现象。
风振问题对桥梁的影响主要表现在两个方面：一是对桥梁结构的破坏，风振会加剧桥梁材料的疲劳破坏，导致桥梁的寿命缩短；二是对行驶在桥上的车辆和行人的安全形成威胁，振动引起的不稳定性可能引发事故。
造成桥梁风振的主要原因包括两个方面：一是气候因素，包括风速、风向、风荷载等；二是桥梁结构的特性，包括桥梁几何形状、材料特性等。
为了解决桥梁风振问题，需要采取控制方法，以减小桥梁的振动幅度，提高其稳定性和安全性。
目前，针对桥梁风振问题，主要采取的控制方法包括结构控制措施和非结构控制措施。
结构控制措施主要是通过对桥梁结构进行参数调整或加装控制装置来控制风振现象。
例如，通过改变悬索桥索鞍形状和刚度来降低振动幅度，或者在桥梁主体结构上安装风振阻尼器、风振抑制器等装置来降低振动能量。
这些措施能够有效地控制桥梁的风振问题，提高桥梁的稳定性和安全性。
非结构控制措施主要是通过改变桥梁周围的环境条件来减小风振的影响。
例如，在桥梁周围种植密度适中的树木，形成风阻挡屏障，减小侧风的影响；或者在桥梁上增加较高的护栏和挡风墙，减少风与桥梁的直接接触，降低风荷载。
这些措施虽然相对简单，但能够在一定程度上减小风振问题。
此外，桥梁建设中的风振问题也需要借鉴国内外的先进经验和技术。
例如，在世界各地已经有很多应用成功的桥梁风洞试验技术，通过模拟真实的风场环境，对桥梁的风振特性进行研究，以便更好地解决实际问题。
这些经验和技术的借鉴可以为我国桥梁建设提供强有力的支持。
综上所述，桥梁建设中的风振问题是一个不容忽视的重要问题。
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!。
桥梁风致振动综述
桥梁风致振动综述摘要：桥梁，作为一种连接构造物，从古至今扮演着跨越天堑、连接通达的重要角色。
从最开始的天然桥梁，到慢慢出现的石拱桥，到梁桥板桥，再到现代桥梁结构，桥梁的发展历史悠久，并且成果斐然。
但是在发展的过程中，不可避免的遇到了很多问题，这些问题有些被攻克解决了，还有一些仍未能被人类精确地理解和研究，仍在威胁着桥梁的安全。
本文主要讨论大跨度桥梁的风致振动问题与抗风设计方法。
关键词：桥梁风致振动，大跨度桥梁，桥梁抗风设计一、大跨径桥梁的轻柔化在了解风致振动、风工程之前，我们先要了解，风究竟是什么呢？风是大气边界层内空气流动现象, 并且其流动的速度和方向具有随时间和空间随机变化的特征。
在研究风对桥梁的作用时, 通常把风处理为在一定时距内不随时间变化的平均风和随时间随机变化的脉动风速两部分。
风作用于桥梁结构时, 由风的压力作用形成对结构的风荷载, 同时, 风还会引起桥梁的颤振、驰振、抖振和涡激振动等各种形式的振动。
20世纪，大跨径桥梁得到了发展，然而在这些发展初期，风致振动稳定并没有成为大跨径桥梁的重要控制因素。
直到1940年11月，位于美国华盛顿州、仅建城4个月的塔科马（Tacoma）大桥，在风速甚至不足20m/s的风下，发生了破坏。
这场破坏举世震惊，也第一次让工程师们认识到风对于大跨径桥梁的重要作用。
那么为什么，大跨径桥梁对风的敏感性这么高呢？这里我们要从大跨径桥梁的轻柔化说起。
为了减轻自重，增强跨越能力，比起传统混凝土桥梁，大跨径桥梁通常采用钢结构、钢混组合、结合结构等。
我们知道，钢材料的阻尼（damper）要小于混凝土，那么大跨径桥梁材料的基频也较小，通常为0.08Hz左右，而风的卓越频率在0.1Hz左右，二者比较相近，易产生共振；而相应的，地震卓越频率在1Hz左右，不易于大跨径桥梁产生共振。
这就解释了为什么大跨径桥梁对风作用敏感、对地震作用较不敏感，而小跨境桥梁恰恰与之相反。
二、风工程风工程（wind engineering）是指与自然风有关的生活或工业应用设施等主要涉及自然风的流体力学特性和设施的结构力学特性。
第十四讲 桥梁风致振动分析
同济大学土木工程防灾国家重点实验室、桥梁工程系
第五节 风振性能检验
5.1 风振稳定性
(1) 驰振临界风速 (2) 扭转颤振临界风速—
* 变号 A2
(3) 耦合颤振临界风速—竖弯和扭转耦合 (4) 涡激共振锁定风速
5.2 风振强度
(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
同济大学土木工程防灾国家重点实验室、桥梁工程系
第四节 静风性能验算
4.1 静风稳定性—扭转发散
(1) 二维计算模型 (2) 三维计算模型 扭转发散临界风速
4.2 静风强度
(1) 平均风荷载 (2) 脉动风荷载 荷载最不利组合问题
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)
同济大学土木工程防灾国家重点实验室、桥梁工程系
5.3 风振刚度
(1) 抖振位移 (a) 随机振动分析方法 (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
同济大学土木工程防灾国家重点实验室、桥梁工程系
第六节 抗风性能改善
大多数情况下气动导数值
H i*和Ai* (i = 1, 2 , 3, 4 )
同济大学土木工程防灾国家重点实验室、桥梁工程系
第三节 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
λ — 衰减系数， λ = 7 ~ 21
同济大学土木工程防灾国家重点实验室、桥梁工程系
大桥抖动的科学解释
大桥抖动的科学解释
【原创版】
目录
1.大桥抖动的现象及其影响
2.科学解释大桥抖动的原因
3.如何避免和减少大桥抖动
4.结论：大桥抖动的科学性及其重要性
正文
一、大桥抖动的现象及其影响
桥梁作为现代城市交通的重要组成部分，其稳定性和安全性备受关注。
近年来，一些大桥在行车或风振作用下出现抖动现象，给过往车辆和行人带来了安全隐患，也引发了社会对桥梁安全的担忧。
二、科学解释大桥抖动的原因
1.风振作用：大桥在风力作用下产生的振动，是造成抖动的主要原因之一。
当风力达到一定程度时，桥梁结构会产生周期性的振动，形成抖动现象。
2.行车荷载：车辆在桥上行驶时，其荷载会引起桥梁结构的动态响应。
如果荷载过大或者频率与桥梁的固有频率相近，就容易引发桥梁抖动。
3.桥梁设计与施工因素：桥梁设计不合理、施工质量不达标等因素也可能导致大桥抖动。
如桥梁结构刚度不足、焊缝质量差等。
三、如何避免和减少大桥抖动
1.优化桥梁设计：合理设计桥梁结构，提高其刚度和稳定性，降低桥梁抖动的可能性。
2.严格施工质量：确保桥梁施工质量，提高焊缝质量，加强桥梁结构
的维护与检修。
3.风振控制：通过风洞实验等手段，研究桥梁在不同风力下的振动特性，采取相应的风振控制措施，如设置风屏障等。
4.限制行车荷载：通过交通管理措施，限制超载车辆上桥，降低行车荷载对桥梁抖动的影响。
四、结论：大桥抖动的科学性及其重要性
大桥抖动现象的科学解释有助于我们更好地认识到桥梁结构的安全
性和稳定性。
通过对抖动原因的分析，可以采取相应的措施减少大桥抖动，提高桥梁的安全性。
桥梁结构的风振性能评估与控制
桥梁结构的风振性能评估与控制桥梁是现代交通建设中不可或缺的重要组成部分，但长期以来，桥梁结构在受到风力作用时容易发生振动现象，给桥梁的安全稳定性带来潜在威胁。
因此，对桥梁结构的风振性能进行评估与控制显得尤为重要。
本文将从技术角度，介绍桥梁结构风振性能评估与控制的相关内容。
一、桥梁结构风振性能评估1. 振动特性分析桥梁结构在受到风力作用时，会引发横向和纵向的振动，因此需要对其振动特性进行分析。
常用的方法包括有限元分析、模态分析等，通过建立桥梁的数学模型，计算出各个模态的振动频率与振动形态，为后续的风振控制提供基础数据。
2. 风荷载计算风是导致桥梁结构振动的主要原因，因此需要准确计算桥梁受风的力及载荷。
根据桥梁的几何形状和风场参数，采用风洞试验或数值模拟方法，计算出不同部位的风速和风压分布，确定桥梁受风的作用力，为风振性能评估提供依据。
3. 振动响应计算通过将风荷载与桥梁结构的振动特性相结合，可以计算出桥梁结构在风力作用下的振动响应。
根据所采用的分析方法，可以得到桥梁的位移、速度和加速度等参数，以评估桥梁结构的风振性能。
二、桥梁结构风振性能控制1. 结构优化设计在桥梁结构的设计中，可以采用一些措施来降低其风振响应。
例如，通过合理设计桥墩、桥面板等结构部位的截面形状和断面尺寸，降低其自振频率，从而减小振幅。
此外，还可以采用局部加固、加装阻尼器等方式，提高桥梁的抗风振能力。
2. 控制减振装置为了减小桥梁振幅，保证其结构的稳定性，可以在桥梁上安装减振装置。
减振装置的种类较多，常见的有液体阻尼器、弹性体减振器、质量阻尼器等。
这些装置可以通过吸收或消耗部分能量，减小桥梁的振幅，提高其稳定性。
3. 风振监测与预警系统为了及时了解桥梁结构的风振情况，及时采取相应措施，可以在桥梁上设置风振监测与预警系统。
通过监测风速、桥梁振动等参数，并结合预设的阈值，及时判断桥梁结构是否存在风振风险，并进行相应预警和控制措施。
总结：桥梁结构的风振性能评估与控制是确保桥梁稳定运行的重要环节。
浅谈桥梁结构的风振控制
浅谈桥梁结构的风振控制现代桥梁结构趋于轻、柔的特点给结构本身抗风抗震性能提出了考验。
由此可见，通过对大跨度桥梁的抗风问题进行理论研究，采取有效的措施把风对桥梁的危害控制在容许范围内，具有十分重要的理论价值和实际意义。
上世纪80年代以来，桥梁风振控制理论研究发展迅速，并且得到了实际应用。
随着大跨度桥梁的普遍兴建和高效能建桥材料的广泛应用，现代桥梁的结构形态逐渐向大跨、轻、柔方向发展。
虽然这对于美观及经济性方面是有益的，但是却给结构设计、施工甚至运营提出了更高更严格的要求。
大跨度桥梁作为生命线工程的重要组成部分，在政治、经济领域占据着重要的地位，对于它们的安全性应给予格外的重视。
现代桥梁结构趋于轻、柔的特点给结构本身抗风抗震性能提出了考验。
随着大跨度柔性桥梁的出现，风荷载往往成为结构上的支配性荷载。
风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的。
风在行进中遇到结构，就形成风压力，使结构产生振动和变形。
桥梁受风力的作用后，结构物振动与风场间产生的互制现象—空气弹力效应所引起的气动力不稳定现象机率大为增加，强风、弱风都有可能使之整体或局部产生损坏。
例如，1940年11月7日，美国华盛顿州建成才4个月的老塔科马(Tacoma)悬索桥(主跨853m)仅在8级大风作用下就发生强烈的风致振动而破坏的严重事故。
该事件促使了桥梁工程界对结构风致振动的研究，并由此发展了一门新的学科—桥梁风工程学。
近几年来，随着我国大跨度桥梁的建设，桥梁风害也时有发生，江西九江长江公铁两用钢拱桥吊杆的涡激共振；上海杨浦大桥斜拉索的涡振和雨振损坏套索等。
由此可见，通过对大跨度桥梁的抗风问题进行理论研究，采取有效的措施把风对桥梁的危害控制在容许范围内，具有十分重要的理论价值和实际意义。
2、桥梁结构的风致振动桥梁结构风致振动可分为两大类：一类为限幅振动，主要包括抖振和涡激振；另一类为发散性振动，主要包括驰振和颤振。
桥梁的抖振是指桥梁结构在紊流场作用下的随机性强迫振动。
桥梁风致振动-驰振讲解
m y c y ky 0
，
..
.
其中
dCL 1 c c UB CD 2 d
,
上式第一项为结构阻尼系数，第二项为空气动力阻尼系数。 由结构动力学知识，当阻尼系数
c ,>0时系统趋于稳定，c ,<0时趋于不
d
dCL 稳定。因为c通常为正值，所以只要当 <0 C D
2）辅助索刚度对面内制振效果的影响
随着辅助索刚度的增加，暂态主缆的1阶竖弯频率和等效阻尼比均呈增 大的趋势。
3）辅助索个数对面内制振效果的影响
辅助索均采用5mm的钢筋，阻尼系数均取0.01，工况1~3分别对应7 组8等分，9组10等分，11组12等分
随着辅助索数目的增大，暂态主缆的1阶竖弯频率和等效阻尼比均 有增大。
CD
D 1 U 2 HL 2
CL
L 1 U 2 BL 2
CM
M 1 U 2 B 2 L 2
式中：D、L、M分别表示风轴坐标系下断面的阻力、升力和扭矩；空 3 气密度 1225kg / m ；U表示无穷远处来流风速；L、H和B分别表示节段模 型长度、高度和宽度。 参考公路桥梁抗风设计规范主梁静力三分力风洞试验参数的设定，本 文暂态主缆三分力系数数值模拟在均匀流场条件下进行，攻角范围取10°~+10°，攻角变化步长取1°。
5.控制措施
考虑施工可行性，采用在暂态主缆和猫道间用辅助索加以连接来抵抗暂态主 缆的风致驰振失稳。
辅助索是实桥上拉索采用的防止或抑制拉索风致振动的方法之一，是通过增 加拉索的刚度从而提高拉索的振动频率，避免低频率的风致拉索振动。具体 措施是将拉索之间用辅助索相互连接，形成一个索网体系。
桥梁风振专题
桥梁风振概述
斜拉索表面制造成凹痕或螺旋线，可以减轻斜拉索风 雨振的程度。
桥梁风振概述 •机械减振措施
加阻尼器（如TMD，磁流变阻尼器）。怎样达到很好的减 振效果？
桥梁风振概述
加辅助索，预防拉索风雨振
桥梁风振概述
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
桥梁风振概述
主要参考资料：
陈政清《桥梁风工程》
项海帆《现代桥梁抗风理论与实践》
项海帆《桥梁概念设计》Fra bibliotek桥梁风振概述
桥梁风致病害典型案例
•塔科马大桥风毁实例
塔科马大桥：1940年建成， 三跨连续加劲梁悬索桥，主跨 853m，宽11.9m,加劲梁为H型板 梁，梁高2.45m。
桥梁风振的主要形态
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。
•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。
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。
桥梁风振概述
桥梁风振的研究方法
•理论分析
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。
大桥抖动的科学解释
大桥抖动的科学解释
摘要：
1.大桥抖动的科学解释背景
2.大桥抖动的成因
3.大桥抖动的解决方法
4.我国在大桥抖动研究方面的成果
正文：
大桥抖动是一个常见的现象，给行车安全带来了潜在的威胁。
为了更好地理解和解决这个问题，科学家们对大桥抖动的成因进行了深入研究，并提出了一系列解决方法。
大桥抖动的成因可以归结为以下几点：
1.风振：当强风吹过大桥时，会产生空气动力学效应，使桥梁产生振动。
2.共振：由于桥梁结构的自然频率与某些外部因素（如风、火车通过等）产生的激励频率相近，导致桥梁产生共振现象。
3.结构缺陷：桥梁结构本身的缺陷或损伤可能导致大桥抖动。
为了解决大桥抖动问题，科学家们提出了以下解决方法：
1.风振抑制：通过优化桥梁的气动外形，增强桥梁的抗风能力，降低风振影响。
2.共振消除：调整桥梁的结构参数，使桥梁的自然频率与外部激励频率远离，从而消除共振现象。
3.结构维修与加固：对桥梁结构进行定期检查和维护，发现缺陷及时进行
修复或加固。
我国在大桥抖动研究方面取得了显著成果。
例如，我国桥梁工程师在设计大桥时，会充分考虑桥梁的气动性能，以降低风振对桥梁的影响。
此外，我国还积极开展大桥抖动监测与预警技术的研究，为桥梁运营安全提供有力保障。
总之，大桥抖动的科学解释有助于我们更好地理解这一现象，并采取有效措施加以预防和解决。
第十一讲桥梁风振可靠性分析
σub
U100
2.41
18.44
3.17
22.53
2.85
20.78
2.41
19.27
பைடு நூலகம்
2.34
18.39
3.04
21.75
2.65
19.70
2.56
19.77
2.54
18.55
2.11
15.66
2.43
15.29
2.71
17.84
2.97
20.24
3.32
23.65
3.31
23.13
3.23
22.54
风振 评价
静力 问题
强度——等效静风荷载作用 刚度——等效静风荷载作用 稳定——扭转发散或侧向屈曲
动力 问题
强度——阵风荷载、抖振荷载、涡振荷载 刚度——抖振位移、涡振位移 稳定——颤振发散或驰振发散
¾ 2. 颤振概率性评价 2.1文献综述
1985: M. Ito & Y. Fujino 在明石海峡大桥中首次采用 1992: P. Ostenfeld 等人在大海带桥中再次采用 1995: A Ianenti & A. Zasso 在墨西拿海峡大桥中采用 1997: 葛耀君在江阴大桥和杨浦大桥中采用
ai和bi — 偏差尺度和位置尺度，采用极大似然法估计
z (1) 基准风速(续)
表1 桥址处基准风速基本参数
I
风向
1
N
2
NNE
3
NE
4
ENE
5
E
6
ESE
7
SE
8
SSE
9
S
10
SSW
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
现代桥梁设计中的风振分析
现代桥梁设计中的风振分析在现代桥梁工程中，风振问题是一个至关重要的考虑因素。
随着桥梁跨度的不断增加、结构形式的日益复杂以及建设环境的多样化，风对桥梁结构的影响愈发显著。
风振不仅可能导致桥梁结构的疲劳损伤，甚至会引发桥梁的失稳和破坏，严重威胁着桥梁的安全和正常使用。
因此，在桥梁设计阶段进行精确的风振分析是必不可少的。
风对桥梁的作用主要表现为静力作用和动力作用。
静力作用包括平均风引起的阻力、升力和扭矩，而动力作用则主要体现为风的脉动成分引起的桥梁结构振动，即风振。
风振可以分为涡激振动、颤振、抖振等多种形式。
涡激振动是一种常见的风致振动现象，当风流经桥梁结构时，在结构后方会产生周期性脱落的漩涡，从而引起结构的振动。
这种振动通常发生在较低的风速下，振幅相对较小，但如果长期作用，可能会导致结构的疲劳破坏。
颤振则是一种更为危险的风振形式，它是由于气流与桥梁结构之间的相互作用导致结构的气动失稳。
一旦发生颤振，桥梁结构的振动会迅速增大，直至结构破坏。
抖振是由大气中的紊流成分引起的结构随机振动，虽然抖振一般不会导致桥梁结构的整体失稳，但会引起结构的疲劳损伤和行人的不舒适感。
为了准确分析桥梁的风振响应，需要采用一系列的理论和实验方法。
在理论分析方面，基于流体力学和结构动力学的原理，建立风桥相互作用的数学模型。
这些模型通常会考虑风的特性、桥梁的几何形状和结构参数等因素。
数值模拟技术，如计算流体动力学（CFD）和有限元分析（FEA），在风振分析中得到了广泛的应用。
通过CFD可以模拟风场绕流桥梁的情况，获取风荷载的分布；FEA则用于分析桥梁结构在风荷载作用下的响应。
然而，理论分析往往需要基于一定的假设和简化，其结果可能与实际情况存在偏差。
因此，风洞试验在桥梁风振分析中具有不可替代的作用。
风洞试验可以模拟真实的风环境，通过在风洞中安装缩尺模型的桥梁，测量模型在不同风速和风向条件下的受力和振动情况。
通过风洞试验，可以获得更加准确的风荷载参数和结构响应数据，为桥梁设计提供可靠的依据。
桥梁设计中的风振控制技术研究
桥梁设计中的风振控制技术研究桥梁是连接两个地区的重要交通设施，不过在建造和使用过程中却存在一些问题，比如，因为自然因素导致的风力影响，这将会对桥梁构造造成影响，进而影响桥梁使用的安全性。
风振控制技术是现代桥梁设计中的一个重要组成部分，该技术可以有效地控制风振效应，减少桥梁振动所造成的影响。
本文将围绕桥梁设计中的风振控制技术展开研究。
第一部分：桥梁风力计算在桥梁设计的过程中，风力计算是非常重要的一个环节，因为这个环节会合理估算桥梁在风力作用下的受力状况。
工程师需要计算出桥梁受到风力的大小和方向，一般采用风洞实验或者计算机仿真的方法进行计算。
计算出风压的大小后，便可以初步判断桥梁抗风的性能，并针对这个结果优化桥梁的设计方案。
第二部分：桥梁风振分析风力计算给出桥梁所受的风力大小和方向，风振是在这个基础上得出的一种现象，桥梁会在风力作用下产生不规则的结构振动。
桥梁风振分析需要分析桥梁的振动特性，比如自振频率、振型、阻尼等关键参数。
这些参数将有助于工程师评估桥梁在风力作用下的振动程度，从而优化桥梁设计，保证其安全性。
第三部分：桥梁风振控制技术一旦得出了桥梁的振动参数，就需要针对这个结果制定合适的控制方案。
传统的控制系统包含阻尼器和摆锤两种类型。
阻尼器是一种被动控制设备，可以通过阻尼器对振动产生的能量进行吸收和耗散，从而达到减小振动的效果。
摆锤则是一种主动控制设备，在振动系统中通过控制振幅、频率、相位等方式对其产生的振动进行控制。
此外，还有基于控制理论的智能控制系统，该系统可以根据实时监测来调整桥梁的振动状况，实现更加智能化的风振控制。
第四部分：桥梁风振控制技术的应用风振控制技术已经被广泛应用在世界各地的桥梁建设中。
例如，美国在2013年修建了一座名为“Yavuz Sultan Selim”的大桥，桥梁主塔使用了高效的柔性阻尼器，该控制系统在风力作用下能够减少98%的桥梁振动；日本的大井川铁桥可以通过多个摆锤进行自适应控制，实现了极高的控制精度。
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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。
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。
中南大学桥梁工程系
桥梁风振概述 •现场观测
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。
日本名港西大桥（MeikoNishi）、洞庭湖大桥均实测到拉 索在风雨共存的条件下，发生风雨振。称为影响最大的一种桥 梁病害。
桥梁风振概述
桥梁风振的主要形态
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。
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。
桥梁风振概述
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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：
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。
桥梁风振概述 •日本东京湾通道桥的涡激共振
主桥为10跨一联的钢箱梁 连续梁桥，最大跨度240m，宽 22.9m, 梁高6-11.5m。
在16-17m/s的风速作用下， 发生竖向涡激振动，跨中振幅 达50 cm。
安装16台可调质量阻尼器 （TMD），涡激振动振幅只有5 cm。
桥梁风振概述 •斜拉索风雨振
塔科马大桥：1940年建成， 三跨连续加劲梁悬索桥，主跨 853m，宽11.9m,加劲梁为H型板 梁，梁高2.45m。
建成4个月后，在18m/s的 风速(8级)作用下，发散振动持 续70min。最后，吊杆断裂，加 劲梁坠落河中。
原因：颤振失稳。
桥梁风振概述 •塔科马大桥风毁实例
桥梁风振概述 1818-1840年风毁桥梁案例
桥梁风振概述
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。
桥梁风振概述
斜拉索表面制造成凹痕或螺旋线，可以减轻斜拉索风 雨振的程度。
桥梁风振概述 •机械减振措施
加阻尼器（如TMD，磁流变阻尼器）。怎样达到很好的减 振效果？
桥梁风振概述
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。
桥梁风工程的进一步发展，有待于基本理论框架的新突 破。
桥梁风振概述
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
桥梁风振概述
主要参考资料：
陈政清《桥梁风工程》 项海帆《现代桥梁抗风理论与实践》 项海帆《桥梁概念设计》
桥梁风振概述
桥梁风致病害典型案例
•塔科马大桥风毁实例
•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。
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。