第十二讲 桥梁风荷载定义

¾ 4. 模态荷载方法
4.1 荷载组合系数
目的—不是所有模态都达到峰值。
UWO方法:
取一阶模态：r1=1.0 取二阶模态：r1=r2=0.9 取三阶模态：r1=r2=r3=0.8 取四阶模态：r1=r2=r3=r4=0.7 取五阶以上模态：r1=r2=r3=r4=r5=0.6
4.2 结构对称性方法
脉动风速
强迫力荷载—结构振动惯性力
问题：①气流与结构相互作用力忽略不计?(国际首创)
②四个分量荷载是否满足叠加条件?
1.2 按结构刚度分类
大刚度结构—平均风荷载+脉动风荷载
风
荷
中刚度结构—平均风荷载+脉动风荷载+强迫力荷载
载
小刚度结构—平均风荷载+自激力荷载+ 脉动风荷载+强迫力荷载
问题：①脉动风荷载能否与强迫力荷载叠加？ ②自激力荷载与强迫力荷载如何叠加？
x)
=
Wy0α
y0
(
x)
+
~ Wy0
α
y0
(
x)
±
n
ri Pyiα yi (x)
i =1
∑ Wz (x) = Wz0α z0 (x) + W~z0α z0 (x) ± n ri Pziα zi (x) i =1
∑ Wθ (x) = α Wθ0 θ0 (x) + W~θ0αθ0 (x) ± n ri Pθiαθi (x) i =1
( ) 阵风阻力：
FD
=
1 2
ρ (GuU
)2 BC D
=
1 2
ρU
2 BC D
+
1 2
ρU
2
Gu 2
−1
BC D
( ) W~y ( x)
=
1 2
ρU
2
Gu 2
−1
B(x)C y (x)
= W~y0α y0
(x)
( ) W~z ( x)
=
1 2
ρU
2
Gu 2
−1
B(x)C z (x)
= W~z0α z0 ( x )
a k
(
x)标准化成最大值为1
5.2 荷载峰值导数
P~k —强迫力荷载峰值系数 Pk —自激力荷载峰值系数
5.3 强迫力荷载峰值系数确定 z (1)节段模型试验法——实时响应测量 z (2)全桥模型试验法——实测振动响应 z (3)抖振计算方法(包括自激力作用)
5.4 自激力荷载峰值系数确定 z (1)全桥模型试验法——实测振动响应 z (2)涡振分析计算方法
3.3 强迫力荷载等效
∑ P~y ( x ) = n P~yi α yi ( x ) i=1
∑ P~z ( x ) = n P~zi α zi ( x ) i=1
∑ P~θ ( x ) = n P~θ iα θ i ( x ) i=1
3.4 等效风荷载表述
z (1) 大刚度结构——U=Ud
桥梁及结构风振理论及其控制
——之第十二讲
桥梁风荷载定义
葛耀君 主讲教师：
博士．教授
1、风荷载分类 2、风荷载分解 3、等效风荷载组合 4、模态荷载方法 5、动力荷载峰值 6、结构风荷载问题
¾ 1.风荷载分类
1.1按风特性分类
平均风荷载—静风压力
平均风速
风
自激力荷载—气流与结构相互作用力
荷
载
脉动风荷载—脉动压力
∑ Wz (x) = Wz0α z0 (x) + W~z0α z0 (x) ± n ri P~ziα yi (x) i =1
∑ Wθ (x) = α Wθ0 θ0 (x) −W~θ0αθ0 (x) ± n ri P~θiαθi (x) i =1
z (3) 小刚度结构——U=Ulock-in
∑ Wy
(
P~ks (k = y, z,θ ) — 所有对称模态的贡献，而不是第一阶
对称模态的贡献
P~ka (k = y, z,θ ) — 所有反对称模态的贡献，而不是第一
阶反对称模态的贡献
实际应用：宜宾岷江二桥和上海卢浦大桥
¾ 5. 动力荷载峰值
5.1 模态函数标准化
α
s k
(
x)标准化成最大值为1
α
( ) W~θ
(x)
=
1 2
ρU
2
Gu 2
−1
B 2( x)Cθ
(x)
= W~θ0α θ0 ( x )
2.3 强迫力荷载—动力荷载
强迫力风荷载： P~ = P~b + P~r P~b —背景响应荷载,主要是脉动风功率谱密 度的贡献 P~r — 共振响应荷载,主要是结构自振惯性力 的贡献
问题：1. P~b如何分布？ 2. P~b随w~是否改变？ 3. P~r是否一定按振型分布？
等效意义—最大动力荷载等效成静力荷载
等效原则—振型峰值截面的最大位移或最大内力等效
3.2 自激力荷载等效
n
∑ p y ( x ) =
P yi α yi ( x )
i=1
n
∑ p z ( x ) =
P zi α zi ( x )
i=1
n
∑ p θ ( x ) =
Pθ iα θ i ( x )
i=1
¾ 2. 风荷载分解
2.1 平均风荷载—静力荷载
Wy
(x)
=
1 2
ρU
2 B( x)C y
(x)
=
Wy0α
y0
(x)
Wz
(x)
=
1 2
ρU百度文库
2B(x)Cz (x)
= Wz0α z0
(x)
Wθ
(x)
=
1 2
ρU
2B2 (x)Cθ
(x)
=
α Wθ0 θ0
(x)
2.2 脉动风荷载—静力荷载
阵风风速： U g = GuU
Wy
(
x)
=
Wy0α
y0
(
x)
+
W~y0α
y0
(
x)
±
P~ysα
s y
(
x)
±
P~yaα
a y
(
x)
Wz
(
x)
=
Wz0α
z0
(
x)
+
W~z0α
z0
(
x)
±
P~zsα
s z
(
x)
±
P~zaα
a y
(
x)
Wθ
(
x)
=
α Wθ0 θ0
(
x)
+
~ Wθ0
αθ
0
(
x)
±
P~θsαθs
(
x)
±
P~θaαθa
(
x)
下周同一时间再见!
¾ 6. 结构风荷载问题
z (1)风荷载(动力风荷载)无法直接测量 z (2)动力风荷载通过响应用结构惯性力方法定义 z (3)风荷载各个组成部分之间关系及其叠加方法 z (4)风荷载各个组成部分的分布形态 z (5)定义风荷载还是定义结构响应(位移和内力) z (6)完备的等效风荷载理论及其工程应用方法
2.4 自激力荷载—动力荷载
自激力风荷载：P = Pb + Pr ≈ Pr Pr — 共振响应荷载，主要是结构自振惯性力的贡献 问题：1. Pr如何确定？
2. Pr是否一定按振型分布？
风 静力荷载=平均风荷载+脉动风荷载 荷 载 动力荷载=自激力荷载+强迫力荷载
¾ 3. 等效风荷载组合
3.1 等效原理
Wy (x) = Wy0α y0 (x) + W~y0α y0 (x)
Wz
(
x)
=
Wz0α
y0
(
x)
+
~ Wz0
α
y0
(
x)
Wθ (x) = Wθ0α y0 (x) + W~θ0α y0 (x)
3.4 等效风荷载表述(续)
z (2) 中刚度结构——U=Ud
∑ Wy (x) = Wy0α y0 (x) + W~y0α y0 (x) ± n ri P~yiα yi (x) i =1