第十三讲桥梁抗风设计详解
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。
桥梁抗风概念设计 PPT
• 风致振动是研究的重点和难点。 汽车：风阻系数 建筑：风荷载，风致振动（舒适性） 桥梁：大跨度桥梁的高跨比很小，钢阻尼也小，极易
振动
高跨比： 苏通桥 3.5/1088=1/310.8; 西堠门桥 3.51/1650=1/470
• 至1950‘年代：建立气动弹性力学基础 Wagner，Theodonson，Sears， • 1960’年代：
桥梁颤振理论 Sakata(日本），Scanlan（美国） 桥梁抖振理论 Davenport，Scanlan • 1970‘年代：英国Severn桥的抗风设计 • 1980’年代：日本本州－四国连线工程，跨度 1991m的明石桥 • 1990‘年代后：丹麦大海带桥，CFD应用，中国
11.9米，梁高2.4米 • 宽跨比1：72，高跨
比1：350 ！！ • 主梁截面形式：
H型板梁
旧塔科马海峡桥风毁事故
• 原因：扭转颤振－风致自激发散振动 • 教训：桥梁要有空气动力稳定性。 • 途径： （1）主梁良好的气动外形 （2）保证桥梁扭转刚度 （3）风洞试验， （4）建立桥梁抗风理论
发展简史
• 基本思路：
本质上是一个流固耦合问题，简化为风荷载的确定及其相应的结构效 应问题。这里的风荷载，包括静力的和动力的，动力荷载包括强迫的 和自激的。
• 基本方法：理论分析，风洞试验，CFD
往往需要多种方法的综合应用与相互校核
• 重要假定：条带假定：
等截面直梁的单位长度受到的风荷载处处相等
• 主要对策
(4) Buffeting 抖振
• 机理：自然风的脉动分量产生一种随机力 从而迫使桥梁产生随机振动
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。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法摘要：桥梁建设对交通发展具有重要意义，随着我国经济的发展，交通也在不断进步，桥梁建设的重要性也愈发突出。
目前，国内外对于大跨度桥梁的研究主要集中在桥梁地震反应特性方面，鲜有对桥梁结构桥梁抗震与抗风设计的研究。
对于桥梁而言，其抗震、抗风性能直接影响使用质量，特别是近年来地震等自然灾害频繁发生，桥梁抗震、抗风设计更为重要，文章主要对当前桥梁抗震、抗风设计理念及方法进行了探讨，以便于设计人员合理运用桥梁设计思想。
关键词：桥梁抗震；抗风设计理念；设计方法1桥梁抗震与抗风设计的重要性桥梁是连接两个地方的重要交通工具，其抗震和抗风设计的重要性不言而喻。
在地震和台风等极端天气情况下，桥梁的结构易受到破坏，给行车和行人带来严重威胁。
因此，桥梁设计时必须考虑到地震和风的影响。
对于抗震设计，首先需要了解地震对桥梁的影响。
地震会产生地震波，对桥梁的结构造成冲击和剪切力，导致桥梁发生破坏。
因此，需要在设计中考虑地震波的频率、振幅和持续时间等因素，制定合理的抗震设计方案。
这些方案可能包括使用抗震材料、增加支撑和加固结构等方法，以提高桥梁的抗震能力。
对于抗风设计，桥梁结构也需要考虑到风的影响。
风力会对桥梁施加压力，导致结构失稳和破坏。
因此，需要在设计中考虑风的速度、方向和频率等因素，制定合理的抗风设计方案。
这些方案可能包括使用抗风材料、增加支撑和加固结构等方法，以提高桥梁的抗风能力。
2桥梁抗震设计理念与方法2.1场地选择除了要通过对地震危险性进行的分析选择安全度较高的厂址，还要充分考虑地区范围内场地选择。
对此应遵循以下各项基本原则：不选择地震发生后产生失效的场地，优先选择坚硬的场地。
在地基达到稳定的基础上，还应充分考虑桥梁结构和地基之间的振动特性，尽可能减少共振可能造成的影响。
对于软弱地基，在设计过程中要注意保证基础整体性，避免地震造成不均匀变形现象发生。
2.2结构体系整体性与规则性桥梁有良好的整体性，其上部结构必然保持连续。
桥梁抗风设计规范
风荷载计算： 根据风速、风 向、地形地貌 等因素，计算 桥梁所受的风 荷载，为结构 设计提供依据。
抗风措施设计： 根据桥梁结构 和风环境特点， 采取相应的抗 风措施，如加 装风屏障、调 整结构刚度等。
风洞试验：通 过风洞试验获 取桥梁模型在 各种风速下的 响应数据，验 证抗风措施的 有效性和安全
抗风设计的审查流程与要点
审查流程：初 步审查、详细 审查和最终审
查
审查要点：结 构稳定性、风 载作用下的响 应和疲劳性能
等
抗风设计评估与审查的实践经验与教训
评估指标：应综合 考虑结构、材料、 施工等因素，制定 合理的评估指标体 系。
审查要点：对桥梁 的抗风设计进行全 面审查，确保其满 足规范要求和安全 性能。
新型抗风设计方法与技术的应用
桥梁抗风设计的重要性 新型抗风设计方法的优势 新型抗风设计方法的应用案例 新型抗风设计方法的前景与展望
既有桥梁的抗风加固与改造
既有桥梁的抗风加 固：针对已建成桥 梁的风毁事故，采 取相应的加固措施， 提高其抗风能力。
既有桥梁的抗风改 造：对存在抗风性 能不足的既有桥梁， 进行全面的改造， 使其满足抗风设计 规范要求。
桥梁抗风设计规范
风,a click to unlimited possibilities
汇报人：风
目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 桥 梁 抗 风 设 计 的 重 要 性
03 桥 梁 抗 风 设 计 的 基 本 原 则 05 桥 梁 抗 风 设 计 的 规 范 要 求
04 桥 梁 抗 风 设 计 的 主 要 内 容
添加标题
创新技术应用： 未来桥梁抗风设 计需要不断探索 和应用新的技术 与方法，如大数 据、人工智能、 仿真模拟等，以 提高设计的科学 性和可靠性，降
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法1. 桥梁抗震设计理念：桥梁抗震设计的主要目的是在地震发生时，确保桥梁结构能够安全地承受地震力的作用，避免结构破坏或倒塌。
2. 桥梁抗震设计方法：桥梁抗震设计方法包括强度设计、刚度设计、能量耗散设计和容限状态设计等。
3. 强度设计：强度设计是指根据地震力要求确定结构的强度，确保桥梁在地震力作用下不会发生破坏。
通常采用抗震设防烈度等级来确定设计地震力。
4. 刚度设计：刚度设计是指通过控制桥梁结构的刚度，使其能够在地震作用下产生足够的变形和位移，分散地震能量，减少对结构的破坏。
5. 能量耗散设计：能量耗散设计是指通过设计合理的耗能装置，将地震能量引导到可控制的耗能装置中，从而减少对桥梁结构的破坏。
6. 容限状态设计：容限状态设计是指在地震作用下，桥梁结构仍然能够保持可用性和安全性，不会发生严重的破坏。
7. 桥梁抗风设计理念：桥梁抗风设计的主要目的是确保桥梁结构能够抵御风力的作用，避免结构受到风灾的影响。
8. 桥梁抗风设计方法：桥梁抗风设计方法包括风洞试验、计算模拟等。
9. 风洞试验：风洞试验是通过建立模型，在风洞中模拟不同的风速和风向条件，测试桥梁模型在风力作用下的响应，从而得到设计所需的抗风能力。
10. 计算模拟：计算模拟是通过建立桥梁结构的数值模型，在计算机上模拟不同风速和风向下的风力作用，分析桥梁结构的响应。
11. 桥梁抗震设计中的设计地震力：设计地震力是指根据所在地区的抗震设防烈度等级，确定桥梁结构所需的地震力。
12. 桥梁抗震设计中的土动力性能：土动力性能是指土壤在地震作用下的变形和位移特性，对桥梁结构的抗震性能有重要影响。
13. 桥梁抗震设计中的结构可靠性：结构可靠性是指桥梁结构在地震作用下的安全性能，包括结构的强度、刚度和位移控制等。
14. 桥梁抗风设计中的风压计算：风压计算是确定桥梁结构受风力作用下的压力分布和大小，从而进行结构设计。
15. 桥梁抗风设计中的风荷载选择：风荷载选择是根据所在地区的设计风速和风向，确定桥梁结构所需的抗风能力。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法3内江市市中区交通战备服务中心云南省内江市 641000摘要：桥梁结构设计的理念是指在桥梁设计过程中所遵循的设计思想和原则。
一个好的桥梁设计理念可以提高桥梁的安全性、可靠性和经济性，同时也可以减少对环境和资源的影响。
设计理念应该注重桥梁的安全性，确保其承载能力、稳定性和耐久性符合设计标准，尽量避免桥梁发生垮塌或损坏的情况。
设计理念应该注重桥梁的经济性，即在满足使用功能、安全和可靠性要求的前提下，尽可能降低建设和维护成本，提高资金利用效率。
设计理念应该注重桥梁的环境友好型，尽量降低桥梁对环境的污染和破坏，如减少空气和水质污染，保护野生动物和植物的栖息地等。
基于上述理念，本文将深入研究桥梁抗震与抗风设计方法，以期对关注该领域的人员有所帮助。
关键词：桥梁工程;抗震;抗风;设计方法;设计理念;1 概念分析地震波和风荷载是对桥梁结构产生重要影响的两个因素。
下面是它们对桥梁结构影响的简要描述：地震波：地震波通常是一种突然的、短时的震动，它能够对桥梁产生很大的影响。
在地震中，桥梁受到的地震力通常由动力荷载和静力荷载组成。
动力荷载源于地震波的振动作用，静力荷载由于结构本身的变形所引起。
地震波如果超过桥梁的承载极限，可能导致桥梁结构的垮塌或者局部破坏。
因此，对于处于地震活动区域的桥梁或者地震烈度较高的地区建设的桥梁，需要充分考虑地震荷载的影响，并采取相应的加固措施。
风荷载：风荷载是桥梁结构设计中必须考虑的因素之一。
在桥梁设计中，风荷载通常分为横向风荷载和纵向风荷载两种。
横向风荷载是指垂直于桥梁方向的侧向风载荷，其作用使得桥梁产生横向振动；纵向风荷载是指平行于桥梁方向的风载荷，其作用使得桥梁产生纵向振动。
对于高大的桥梁，风荷载对其影响更为显著，因此需要采取相应的风振控制措施，如增加桥梁的刚度和耐风能力等。
总的来说，地震波和风荷载都是桥梁结构设计中必须考虑的因素，需要根据实际情况进行充分的分析和设计，以保证桥梁结构的安全和可靠性。
桥梁抗风设计研究
桥梁抗风设计研究作者：谷子来源：《居业》2018年第06期[摘要]桥梁结构在风的作用下的破坏现象是危害性巨大且对交通影响极为恶劣的现象。
本文通过对于旧塔科马大桥桥毁事故的回顾阐释了桥梁抗风设计的重要性，同时对桥梁在风作用下的静力作用和动力作用做出了说明。
另外，本文通过从桥梁的结构措施、气动措施、机械减震措施三个方面说明了当今桥梁抗风的主要方法。
[关键词]桥梁风方程；杭风设计；桥梁减震文章编号：2095-4085（2018）06-0037-021 抗风设计的重要性[1，2]风对桥梁产生的不利作用是多方面的。
由风引起的不同程度的桥梁振动会产生各种各样的危害作用。
当振动达到人可以感知的范围时会使使用者产生不安全感。
剧烈的振动还可能造成桥梁毁坏并产生人员伤亡和巨大的经济损失。
桥梁的抗风设计不是自古就有的，而是在一次又一次的工程经验和工程事故中总结得出来的。
其中比较有名的是美国旧塔科马悬索桥的风毁事故（图1）。
旧塔科马大桥建于1940年，是一座悬索桥。
该桥主跨为853m，宽为11.9m，加劲梁采用H型板梁，梁高2.45ma该桥纤细的桥型也成为了其之后风毁的根本原因。
在刚通车使用的时候，旧塔科马桥就表现出在风的作用下产生强烈震动的情况，其振幅最大可达1.5m。
4个月后，由于放置在跨中约束主缆和加劲梁之间位移的斜拉索的断裂，旧塔科马桥的振型突然发生了改变。
在秒速18m的风的作用下，其扭转震动越来越强烈，主跨四分之一断面以±45°的幅度反复翻转。
在震动持续数小时后桥梁终于断裂，大部分加劲梁坠入河中。
后续科学家证明旧塔科马桥是由于发生了风致颤振导致了最后的破坏。
逐步研究表明大跨度柔性桥梁存在这多种形式的振动，如颤振、抖振、涡振、驰振等。
2 风对结构的作用2.1 静力作用结构保持静止或其振动不影响空气力，在稳定的风作用下的定常反应称为风的静力作用。
气流的流速及方向不变，绕过固定的桥梁时就形成了一个定常的流场。
桥梁抗风设计、风洞试验及抗风措施
桥梁抗风设计、风洞试验及抗风措施?46?北方交通201l桥梁抗风设计,风洞试验及抗风措施刘长宏,刘春,宋俊杰(中国华西工程设计建设有限公司大连分公司,大连116000)摘要:桥梁应具有抵抗风作用的能力,特别是大跨度桥梁,其柔性较大,设计时必须考虑颤振,抖振,涡激振动等空气动力问题,通过抗风设计,风洞试验,抗风措施来确定桥梁风荷载和抗风性能是大跨度柔性桥梁抗风研究的主要手段.关键词:桥梁;风荷载;颤振;节段模型;风洞试验中图分类号:U442.59文献标识码:B文章编号:1673—6052(2011)10—0046—021桥梁抗风设计的目的桥梁抗风设计的目的在于保证结构在施工和运营阶段能够:(1)对于可能出现的最大静风荷载,桥梁不会发生强度破坏,变形和静力失稳.(2)为了确保桥梁的抗风安全性,桥梁发生自激发散振动(如颤振)的临界风速必须高于桥梁的设计风速,并具备一定的安全储备,即:临界风速>安全系数X设计风速.对于颤振验算,通常安全系数取为1.2.(3)对于限幅振动,尽管其振幅有限,但因其发生的频率高,可能会引起结构的疲劳损伤或影响结构正常使用,使行人感到不适以及影响施工的Jl~,N进行等,所以也应将桥梁可能发生的限幅振动的振幅减小到可以接受的程度,即:最大响应≤容许值. 2桥梁抗风设计桥梁抗风设计大体可分为结构设计和结构抗风性能检验两个阶段.2.1结构设计阶段这一阶段的工作内容包括对桥位处风速资料的收集,风观测,风的特性参数选取等.根据全国基本风压分布图,并考虑桥址处的地形地貌情况,桥梁高度和桥跨长度,自然风的特征等因素,确定桥梁的设计风速,设计风荷载和自激振动检验风速.设计内容是提出抗风设计对结构设计的多项要求,作为确定桥梁结构体系,各构件的材料,形状,尺寸等的参考.其中最重要的是结构体系的抗风性能设计和结构断面形状的气动选型.2.2结构抗风性能检验阶段该阶段包括静力抗风性能和动力抗风检验两部分.静力抗风检验包括根据规范或通过风洞试验确定结构断面的静力气动力系数,计算出作用在桥梁各个部分的静风荷载,进而计算出在静风荷载作用下的结构内力,变形,检验结构的静力稳定性.动力抗风检验包括桥梁在施工及运营状态时的颤振特性,涡激共振特性,抖振特性检验.采用风洞试验或半试验半理论的方法给出桥梁的颤振临界风速形态,涡激共振的发生风速和振幅估计,抖振振幅及其产生的惯性力.对于颤振临界风速的确定,下面列出VanDerPut的近似公式,以考证临界风速的影响因素.在桥梁初步设计阶段,通常可采用下式估算临界风速U:r厂■——～1U_【l+(8—0～√.721~)Jb式中:一主梁截面几何形状折减系数,对于目前用于悬索桥或斜拉桥的流线型扁平箱梁,该值约为0.7～0.9;对于截面较钝的混凝土箱梁,该值可低达0.3～0.5;8一桥梁的扭转频率与竖弯频率之比;r一主梁截面的惯性半径;一主梁单位长度质量与空气的质量比;(1)一竖弯频率;b一半桥宽.从上式大致可以看出,主梁截面越扁平,流线型越好,临界风速越高;桥梁的刚度越大,固有频率越高;主梁越重,临界风速越高.因此同样截面的混凝土主梁比钢主梁对抗风更为有利.3桥梁动力抗风设计的基本方针对于大跨度柔性桥梁,如悬索桥和斜拉桥的抗第10期刘长宏等:桥梁抗风设计,风洞试验及抗风措施?47? 风设计则应特别注意动力抗风设计.桥梁动力抗风设计的基本方针是:(1)提高结构的临界风速,使之大于设计风速,即不会发生危险性的发散型风致振动;(2)减少各种限幅风致振动(涡激共振,抖振等)的振幅,使之控制在可以接受的范围内.为了使桥梁在使用期间内,在预计的强风作用下不损害桥梁的安全性和使用性,首先应掌握架桥地点的强风特性,决定桥梁的设计风速,并据此推测风对桥梁的作用,校核抗风安全性.如果判断有可能会发生上述有害的振动,就应考虑适当的防止对策或进行设计变更.4风洞试验在确定风引起的桥梁响应时,通常可采用已有的理论分析和风洞模型试验等方法.但由于桥梁断面形状复杂多样,用纯理论分析方法求解作用在桥梁上的空气力及风致振动响应相当困难.因此,采用风洞模型试验仍是目前抗风设计最有效和最可靠的手段.风洞试验是空气动力学研究的一个十分重要且不可替代的手段.它是在风洞实验室模拟大气边界层的实际风环境和实际建筑结构,根据实验室中的模型响应考察实际结构响应.对于复杂环境下,有复杂外形的桥梁结构风效应研究,用其它手段很难进行时,风洞试验只需对实际条件作适当的简化,就可以达到研究目的.风洞试验是目前采用最普遍,最有效的研究手段.通过精心设计的各种风洞试验,可以预测实桥的空气静力稳定性,动力稳定性以及是否有影响正常使用的风致振动现象等.所谓风洞(windtunne1),通常指一个可产生气流的闭合环形管道.风洞的种类很多,一般可依照不同的用途,由其供试验用区域(称作试验段,试验模型置于此段)的截面积和风速大小加以划分.用于进行桥梁空气动力学研究的风洞,在早期都是利用低速航空的风洞,目前已逐步采用专门用于结构风工程研究的大气边界层风洞.大气边界层风洞具有较长的,并可以模拟大气边界层内自然风特性的试验段.试验段的截面积从几平方米至几十平方米不等,试验风速可以从很低的风速(一般为1～2m/s)到每秒数十米.5桥梁风洞模型试验方法根据试验的目的,桥梁风洞模型试验分为主梁节段模型静力试验,动力试验和全桥模型试验等. (1)节段模型静力试验是将主梁(成桥状态时还包括栏杆)按一定的几何比例做成模型,然后支撑在风洞中进行试验,以测定静力三分力系数(C,c和cM)等.(2)动力试验是用弹簧(模拟桥梁其余部分对主梁节段的弹性约束作用)将节段模型悬挂在风洞中进行试验,弹簧常数由相似条件决定.这种试验可以直接给出桥梁颤振临界风速的二维近似试验结果.因试验模型制作容易,费用少,时间省,这种试验得到广泛应用.(3)全桥模型则是将各部分构件的几何外形,质量和刚度按相似关系做成全桥模型,以使模型的固有振动特性与实桥相似,试验的目的是全面测定桥梁的临界风速,涡激振动和紊流引起的抖振的振幅.这种试验具有制作复杂,周期较长,费用昂贵,但真实可靠等特点.6桥梁结构及构件的抗风措施桥梁结构及构件的抗风措施大体上可分为两大类:一是改善结构的振动特性为目的的结构措施;二是以改善结构物的空气动力特性为目的的气动措施.(1)在大跨度斜拉桥或悬索桥的施工阶段中,结构体系处于不断转换区尚未成型,可能会出现比成桥后更为不利的状态,即刚度较小,变形较大,稳定性较差,甚至发生较大的风致振动响应的情况,其中稳定性问题也十分突出.一般说来,大跨斜拉桥在最大双悬臂状态和最大单悬臂状态的颤振稳定性比成桥状态要好.在最大双悬臂状态,主要会发生围绕桥塔的桥平面外的水平摆动以及平面内的竖向"翘翘板"振动,在桥塔中产生较大的内力,设置辅助墩或采用临时墩来减小悬臂长度是常用的方法;在最大单悬臂状态,强风作用下主梁的侧向和竖向抖振产生的惯性力较大,若振动不能接受,可以通过设置阻尼器以及临时风缆等方法来抑制振动.(2)悬索桥在安装初期的结构抗扭刚度主要由主缆提供,其扭转频率随主梁拼装长度的增加而增加.大跨度悬索桥主梁拼装的抗风低谷应避开大风期.若不能避开,可采用不对称施工方法,即不从中央对称拼装,而是偏高中央一定距离开始拼装主梁,待达到一定长度后再进行对称施工.(3)对于刚度相对较小的悬索桥,必须认真地考虑各种改善气动性能的导流措施以便同时解决颤振,涡振,斜振等各类风致振动问题.1500m以上跨度的悬索桥可能还要考虑采用中央开槽的分离箱断面以及增加交叉索形成空间索网等措施以提高结构?48?北方交通2011空心板粱桥拓宽结构新桥截面选取分析罗伟(沈阳公路工程监理有限责任公司,沈阳110000)摘要:应用梁格法建立空间有限元模型,对比分析了当新桥采用普通空心板和宽幅空心板时,旧桥的内力状态.并且分析了新桥截面的刚度以及跨径对旧桥减载效果的影响,对空心板梁桥拓宽结构的设计有一定的参考价值.关键词:空心板;梁格法;刚度;减载中图分类号:U495文献标识码:B文章编号:1673—6052(2011)tO一0048—03 1概述近年来我国的经济不断进步,交通事业繁荣兴盛,国家对基础设施的大力投资推动了公路建设行业的迅猛发展,也对我国公路工程建设提出了越来越高的要求.而我国较早建设的高速公路,如沈大,广佛,沪宁,京津塘,京珠,京沪等高速公路,绝大部分为四车道,随着交通量的不断增加,出现了严重的交通拥堵现象,影响了道路的通行能力与服务水平,为此不得不考虑建设第二通道或者扩建以缓解日趋紧张的交通压力.2国内外研究现状拼宽桥梁的关键是新,旧桥梁拓宽形式的选择,目前我国公路桥梁拓宽基本采用3种方式:(1)新旧桥梁的上,下部结构均不连接.这种方式的优点是新桥与旧桥各自受力明确,互不影响,施工难度小;缺点是在上部活载反复作用下,两桥主梁产生挠度不同,新桥与旧桥之间的沉降差异,可能会造成连接部位沥青铺装层破坏,进而在连接部位形成顺桥向裂缝和横桥墩向错台.(2)新旧桥的上,下部结构均连接.这种方式的优点是新桥与原桥联成整体,减小荷载作用下新老桥连接处产生过大的变形,拼接后桥梁整体性较好;缺点是由于新,旧桥基础沉降的不一致,导致桥梁附加内力增大,使连接处产生裂缝.(3)新旧桥梁的上部结构连接,下部结构分离.优点是由于下部分离,上部结构连接产生的内力对下步构造影响较小;缺点是新旧桥基础沉降的不一致会使上部结构产生较大的附加内力,可以适当增大桩径,减小新旧桥基础沉降的不一致对桥梁上部结构内力的影响.的刚度和气动性能,满足抗风要求.7结语抗风稳定性是控制大跨度桥梁成败的关键因素之一,在大跨度桥梁设计中,不仅要考虑承受风荷载的静力强度问题,还必须考虑空气动力稳定性问题.虽然通过抗风设计,风洞试验,抗风措施为桥梁抗风提供了强有力保障,但还需要进一步充实,完善,改进和提高.Wind—resistantDesign,WindTunnelTestandWind—resistantMeasuresforBridge AbstractThebridgeshouldbewiththecapacityofwind—resistantfunction,especiallythelarge—spanbridgewithhighflexibility,andaerodynamicproblemslikeflutter,buffeting,vortex—inducedvibrationandSOonmustbetakenintoaccountwhendesigning.Bymeansofwind—resistantdesign,windtunneltestandwind—re—sistantmeasurestodeterminewindloadandwind——resistantperformanceofthebridgeisthemainmeansofwind——resistantstudyoflarge—spanflexiblebridge.KeywordsBridge;Windload;Flutter;Segmentalmodel;Windtunneltest。
简述桥梁抗风设计流程与主要计算内容
简述桥梁抗风设计流程与主要计算内容下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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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
19
悬索桥结构动力特性示例
20
21
22
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
4
5 6 7
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。
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法分析
桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法分析摘要：桥梁是我国经济发展的重要枢纽，尤为注重抗震和抗风设计。
因为地震作用与风荷载会影响桥梁整体受力，进而影响桥梁的使用，并缩减桥梁的运营寿命。
所以，文章从实际出发，分析和研究了桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法，旨在完善我国桥梁建筑中存在的缺陷，增强桥梁建筑的实际使用性能，为国民经济的发展提供重要保障。
关键词：桥梁；抗震设计；抗风设计；理念；方法在地震波的影响下，桥梁结构的安全性就会降低，轻则导致交通瘫痪，影响车辆的通行，重则导致车毁人亡，由此造成的损失难以估量。
据相关研究发现，减隔震能够帮助桥梁疏散热量，减弱地震波带来的反应。
风荷载同样会影响桥梁的稳定性，引发桥梁病害问题。
但在以往的桥梁设计中，很少会重视风荷载对桥梁结构带来的影响，使得桥梁发生巨大的震荡，从而引起疲劳破坏。
所以，针对桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法展开分析和研究具有重要意义。
1桥梁抗震设计理念与设计方法1.1抗震设计理念在设计桥梁抗震结构时，应该着重比对设计方案的技术效益与经济效益，首先，要保证桥梁结构性能参数满足最好标准，比如，强度、刚度和延性等；其次，必须控制抗震结构设计造价。
如此就要求桥梁设计团队在实际工作中不能照搬相关规范，应该根据桥梁工程特性、区域实际以及科学设计理念来确定抗震措施。
具体设计理念为：第一，明确桥梁工程场地。
在工程场地确定过程中，尽可能避开地基失效且坚硬的场地，以及碎石类地基、不稳定坡地，这些场地均为工程危险区域。
第二，保证抗震系统完整。
在设计方案规划中，桥梁结构的上部区域（桥面、主梁、支座等），要尽可能保证连续性和完整新，确保质量与刚度都均匀分布，如此受到地震波的影响，桥梁的构件就不易被震散、震落[1]。
第三，加强构件强度与延性。
因地震导致的桥梁结构破坏，一般是地震波传入到桥梁构件中所引起。
所以，在实际设计中，应该保证构件的质量与刚度不发生变化，然后增加构件的强度与延性。
桥梁抗风设计PPT课件
（2）桥梁抗风设计中的重要因素
抗风设计中的重要因素有： （1）风特性参数 应通过调查和收集气象资料掌握桥址处的风特性，并 采用正确的方法确定合理的参数供抗风设计使用。特别要注意桥址处特殊 的地形、地貌和风向条件，以便对常规的取值进行必要的修正。 （2）桥梁的动力特性 需采用合理的力学模型，并注意边界支承条件的 正确处理。对计算结果要通过与相似桥梁的比较检验其合理性和可靠性， 其中特别是对于主梁前二阶对称和反对称的竖向弯曲、侧向弯曲和扭转振 型要作出正确的判断。 （3）桥梁风荷载、颤振临界风速、抖振响应 抖振响应的正确预测主要 取决于桥梁的动力特性、主梁断面的气动特性和紊流风特性。
风的攻角：由于地形的影响，近地风的方向可能对水平面产生一定的倾斜度， 称为风的攻角。具有攻角的风可能对桥梁的风致振动，如颤振，产生不利的影 响。一般认为高风速时的平均攻角约在±3°之间。 阵风系数：瞬时风速与10min平均风速的比值。计算阵风荷载时应采用时距为 1～3s的瞬时（阵风）风速，即由阵风系数乘以设计基准风速求得。 静力扭转发散：在空气静力扭转力矩作用下，当风速超过某一临界值时，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，使主梁出现一种不稳定的扭转发散现象。 静力横向屈曲：作用于悬吊桥梁主梁上的横向静风载超过主梁侧向屈曲的临界 荷载时出现的一种静力失稳现象。
桥梁的风毁事故最早可以追溯到1818年，苏格兰的Dryburgh Abbey桥首 先因风的作用而遭到毁坏。之后，英国的Tay桥因未考虑风的静力作用垮掉， 造成75人死亡的惨剧。一系列桥梁的风毁事故，使人们开始重视风的作用， 最初人们只认识到考虑静风载的必要性，直到1940年美国Tacoma悬索桥的 风毁事故（图8－1），才使工程界注意到桥梁风致振动的重要性。
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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 U
I I 88.0I U
I U
I =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 d
¾2. 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
U
fB S t =
2.3 静力系数识别
α
ραραρd dC F B
U C d dC F B U C d dC F B U C M M M D D D L L L , : , : , :22212
212
21⋅=⋅=⋅=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，M
z 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 i
i =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
*2
A (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!。