进入21世纪的桥梁风工程研究
中国桥梁结构抗风研究进展
中国桥梁结构抗风研究进展摘要：随着科学技术的发展，随着桥梁设计和施工水平的不断提高，桥梁的跨度也在不断增加，现代桥梁的跨度纪录不断被刷新。
进入21世纪后，桥梁跨度将突破2000米，甚至可能达到5000米。
而在桥梁跨度增加的同时，结构免不了采取措施减轻自重，也使得桥梁结构对于风的作用更加敏感，风也成为了桥梁设计中不可避免的问题，因此桥梁结构的抗风研究也愈来愈被人们重视。
本文将对中国桥梁结构抗风研究的现状与进展做出简要概述。
1.引言21世纪中国的桥梁工程取得了巨大的成就。
2008年6月30日，世界第一大跨径斜拉桥——苏通长江大桥正式通车；2008年5月1日，世界第一跨海大桥——杭州湾大桥正式通车；2003年6月28日，世界第一钢拱桥——上海卢浦大桥正式通车；2007年10月29日，世界第一座公路轻轨两用桥——重庆菜园坝长江大桥正式通车；2003年8月29日，世界上最大的跨径V撑梁式大桥——广州琶洲大桥正式通车……而不论是世界第一大跨径的斜拉桥亦或是世界第一跨海大桥，风力作用都是一个很严峻的问题，也是不可不考虑的因素，这就对我国的桥梁抗风研究有了很大的要求，而为了建成更长的桥、更稳固的桥，也要求桥梁的抗风研究取得更大的进展。
2.中国桥梁结构抗风研究进展2.1概述风对桥梁结构的作用机理十分复杂,是一种时间、空间变化的作用。
它受到风的特性、结构的动力特性和风与结构的相互作用三方面的制约。
2.2静力作用对桥梁的影响如结构刚度较大因而几乎不振动,或结构虽有轻微振动。
但不显著影响气流经过桥梁的绕流形态,因而不影响气流对桥梁的作用力,则风对桥梁的作用可近似地看作为一种静力荷载。
桥梁在风的静力作用下有可能发生强度、刚度和稳定性问题。
对于强度和刚度问题,如现行桥规中所规定的那样,主要需考虑桥梁在侧向风载作用下的应力和变形。
另外，对于静升力较大的情况,也需要考虑竖向升力对结构的作用。
对于柔性较大的特大跨度桥梁，则还需要考虑侧向风荷载作用下王梁整体的横向屈曲,其发生机制类似于桥梁的侧向整体失稳问题及在静力扭转力矩作用下主梁扭转引起的附加转角所产生的气动力距增量超过结构抗力矩时出现的扭转失稳问题。
从20世纪桥梁成就对21世纪桥梁发展趋向的探讨
从20世纪桥梁成就对21世纪桥梁发展趋向的探讨[ 作者：周一桥杜亚凡 | 来源： | 时间：2006-3-2 9:10:15 ]【摘要】桥梁工程在20世纪中取得了显著的成就。
由于设计理论的进步和各种新材料、新工艺的出现。
尤其是电子计算机的出现和应用，使桥梁的结构形式和跨度有了飞跃的发展。
人们在桥梁工程方面发现的规律和取得的宝贵经验为21世纪的桥梁发展奠定了基础。
本文小结了桥梁工程在20世纪中的成就，对桥梁向大跨度、柔性结构发展的问题以及采用复合结构、新材料、新工艺等问题进行了探讨，并循其规律预测可能发展的趋向。
【关键词】桥梁跨度复合型桥梁高性能混凝土纤维加劲塑料耐久性一、20世纪桥梁工程的主要成就20世纪是有史以来科学技术进步最为迅速的时代，人们在科学技术方面所取得的成就远远超过以前数百年中的成就。
桥梁工程作为一项综合性技术，是在诸多学科的基础上发展起来的。
在20世纪中桥梁工程技术有了重大突破，并且还将迅速地迈向更高的水平。
1．跨度的不断突破创新桥梁的跨度是一项重要指标，各国对此都十分重视。
20世纪中各类桥型的跨度纪录不断地刷新，但其发展是不平衡的。
总的趋向是桥梁结构向大跨、高强、轻型的方向发展，以缆索交承的柔性体系桥梁的发展占据了桥梁发展的主导地位。
由图1及图2中可以明显地示出这一趋向：·在悬索桥方面，从19世纪末的486m跨度，经历了空气动力学上的认识，缆索材料及施工技术上的进步，最后使日本明石海峡大桥的主跨达到了1991m。
·在斜拉桥方面，自1955年瑞典斯特罗姆松德桥（Stromsund）奠定了近代斜拉桥基础后，德国首先推广了钢斜拉桥。
此后在我国及其他国家大量采用预应力混凝土斜拉桥，以后又发展了各种复合型的斜拉桥，使这种桥到得到了很大的发展。
尤其是采用计算机技术为主要手段对桥梁本身以及周围介质对结构的影响进行分析后，使空间、非线性以及动力计算上诸多难题得到较完善的解决。
基于ANSYS模拟桥梁风致振动控制
基于ANSYS模拟桥梁风致振动控制邹四平;陈丽军【摘要】文章主要介绍了ANSYS软件在某桥梁风致振动控制研究中的应用.针对桥梁风致振动,TMD作为一种机械控制措施应用在某桥粱结构上,同时采用ANSYS 软件对其进行模拟.通过选用合理的单元来模拟桥梁结构、TMD控制系统和风荷载等,同时输入各单元的合理参数,最后ANSYS模拟计算出颤振临界风速,并得出相应结论为进一步深入研究提供参考.【期刊名称】《建材世界》【年(卷),期】2011(032)004【总页数】3页(P97-99)【关键词】风致震动;TMD控制系统;仿真分析【作者】邹四平;陈丽军【作者单位】黄冈市楚通路桥工程建设有限公司,黄冈438000;黄冈市楚通路桥工程建设有限公司,黄冈438000【正文语种】中文1940年,刚建成4个月的塔科马悬索桥在8级大风的作用下发生强烈风致振动而坍塌,这一事故引起了世界桥梁工程师们的极大关注,人们也逐渐认识到风的作用不仅仅是静力作用,并由此提出了桥梁风致振动的问题。
进入21世纪,桥梁结构进入大跨轻柔时代,风的作用也越来越明显,世界各国在桥梁结构风致振动控制措施上投入了大量的人力、物力和财力,也涌现出了许多有效的控制措施,包括气动控制措施、机械控制措施等,但是如何有效模拟桥梁结构风致振动是各项控制措施研究过程中不可回避的问题,尤其是随着计算机软件的发展和桥梁风工程的深入研究,有效地软件模拟风致振动显得越来越重要。
某长江大桥采用TMD控制系统对桥梁风致振动进行控制研究,本文旨在利用ANSYS软件模拟这座大桥的风致振动控制,验证TMD系统的控制效果。
1 桥梁概况论文选用的是某长江公路桥(主跨为926 m的钢结构——混凝土混合结构斜拉桥),主梁断面为P-K断面,两个TMD对称的安装在两个箱形截面内,而且使两个TMD的形心与P-K断面的形心不在同一位置,此种TMD安装方式不仅可以控制桥梁结构竖向振动,而且有利于抵抗风作用下桥梁断面的扭转运动。
浅谈风荷载对桥梁结构的影响
浅谈风荷载对桥梁结构的影响121210104 罗余双摘要：风荷载是桥梁结构设计需要考虑的重要内容之一。
本文先分析了风荷载的静力作用和动力作用对桥梁结构的影响，然后考虑桥梁结构进行抗风设计的主要影响因素，并给出了桥梁结构抗风设计的主要流程。
关键词：桥梁、风荷载、抗风设计The Impact of Wind Load on the Bridge Structure121210104 Luo YushuangAbstract:Wind load is one of the important contents of the bridge structure design needs toconsider.At first,this paper analyzes the static effect and dynamic wind load effect on the influence of the bridge structure, and then it considers main influencing factors of wind resistance design of bridge structure, giving the bridge structure wind resistance design of the main process.Key words:Bridge、Wind load、Wind-resistance design一、风荷载对桥梁结构影响研究的必要性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。
但直到1940年，美国华盛顿新建成的Tacoma Narrows悬索桥，在不到20 m/s 的风速作用下发生了强烈的振动并导致破坏（见图1），才使工程界注意到桥梁风致振动的重要性。
桥梁抗风研究方法综述
4 结束语
通过上面的介绍 , 我们可以发现桥梁 风工程的几 种研究 方法各有优缺 点 , 互为补 充。在实 际运 用中 , 我们 根据 不同 需要选择不同 的方 法 , 以 求成 本最 低 , 效 果最 好。数值 模拟 技术还不够完善 , 准确 度还 不够高 , 现 在都 须结 合风洞 试验 使用。但随着计算流体动力学理论 的发展 , 数值模拟 技术会 得到更好的运用 , 并有可能取代风洞试验。
风洞内作简谐振 动。系统 的竖 向振动 频率 可以 通过改 变弹 簧的刚度和模型的重量来调整 , 系统的扭 转振动频 率可以通 过调节弹簧间的 距离 来调整。 通过位 移传 感器 组桥可 以分 离出系统竖向振 动和 扭转振 动的 位移信 号。该 方法是 通过 直接测定颤振自激 力 , 然后 再推 算颤振 导数 , 因 而可以 直接 研究颤振自激力本 身的 特性 , 除 此之外 , 该 模型 试验还 具有 试验稳定 , 数据重复性好 , 可测量的 折减风速 范围宽 , 交叉项 导数与对角项导数具 有同等精度等一系列优点。 2 1 3 自由振动节段模型试验 自由振动节 段模型 试验 主要用 于测 定颤 振导数。 采用 分状态测量系统的频 率和阻尼来获取非耦合气动导数 ; Scan lan 是在稳态振 动 ( 颤 振 ) 条 件 下 , 通过 测 量模 型系 统 的振 型、 频率、 相位差等 , 并利用求出的非耦合 气动导数 从运动方 程中求解耦合气动导 数 [ 3] 。 自由振动节段模 型试验测定颤振导数简 单方便 , 但在提 取交叉导数的过程中 , 很难做到模型的竖 向运动和 扭转运动 在所有的风速下都具有相同的 频率比和阻尼 比 , 同 时非耦合 导数的识别误差 将带 到耦合 导数 中。该模 型试 验适合 的风 速不大 , 对耦合颤振导数的测量工作量 大 , 模 型的涡激 振动、 支撑的振动等对试验的影响很 大 , 信 号受干扰严 重。由于自 由振动节段模型试验有这些缺 点 , 因而强 迫振动节 段模型试 验受到了重视。 厦漳跨海大桥 节段模 型就 采用了 该方 法来 识别桥 梁主 梁断面的气动导数 [ 4] 。 2 1 4 弹性悬挂节段模型试验 弹性悬挂节段 模型试 验用 于测定 桥梁 结构 的非定 常气 动力特性 ( 气动导数、 气动导纳 ) 和在非定常气动力作用下的 稳定性和振动响应 ( 颤振和涡 激共振 ), 以 及桥梁结构主梁断 面在非定常气动力 作用下的表 面压力分 布状态 , 分析不同时 刻的主梁断面压力分布变化情况。该模型试验既要求模型与 实桥之间满足几何外形相似 , 原则上又需满足动力相似律 , 即 模型与实桥之间满足弹性参数、 惯性参数、 阻力参数的一致。 ( 1) 弹性参数 : ( 2) 惯性参数 : U , bB U 或 tB
21世纪斜拉桥发展动态及关键技术分析
21世纪斜拉桥发展动态及关键技术分析土木1110 11160299 司振摘要：斜拉桥的优缺点与发展历程，以及21世纪我国在斜拉桥领域取得的成果。
斜拉桥的现状与前景，分析斜拉桥的施工施法、斜拉索以及抗风性能等关键技术。
关键词：优点，缺点，发展历程，现状，前景，悬臂施工，支架法，抗腐蚀，抗风行能21st century developments in cable-stayed bridge andanalysis of key technologySummary：Advantages and disadvantages of cable-stayed bridge and development process, as well as the 21st century results achieved in thefield of cable-stayed bridge in China. Present situation and prospect ofcable-stayed bridge, analysis of stay cable of cable-stayed bridgeconstruction is cast, as well as wind resistance and other key technologies. Keyword：advantage，disadvantage，development history，Present situation，Future，Cantilever construction，Support method，Anti corrosion，The wind resistance performance（1）斜拉桥的定义、特点与优缺点定义：斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。
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。
浅谈大跨度桥梁抗风设计研究的发展现状
浅谈大跨度桥梁抗风设计研究的发展现状随着我国提出建设交通强国，我国交通工程建设迎来新时代踏上新征程，其中桥梁工程作为我国交通工程的重要组成部分，特别是大跨度桥梁在过去几十年快速发展，已然使中国桥梁技术成为令全世界同行瞩目的中心。
该文对大跨度桥梁为何要进行抗风设计的必要性进行阐述分析，介绍风致振动的类型，并就目前大跨度桥梁如何提高其抗风性能的方法进行了介绍，还简介了目前部分斜拉桥、悬索桥、拱桥三大类桥型所采用的抗风设计方法。
标签：大跨度；桥梁；抗风；风致振动我国交通工程建设在过去的几十年里取得了举世瞩目的辉煌成就，党的十九大报告中更是对我国交通工程的总体建设目标提出了更高标准的要求，要在新时代开启建设交通强国的新征程。
纵观我国交通工程建设发展的这几十年，桥梁工程作为交通工程的重要组成部分，其迅猛的发展速度令人惊叹。
从1991年我国建成了第一座完全由我国自行设计、自行建造的主跨达423m的现代化桥梁——上海南浦大桥；2008年正式建成通车的主跨1088m的世界第二大跨径的斜拉桥——苏通大桥；2009年建成通车的采用分体式钢箱梁主跨1650m目前位居世界悬索桥第二的西堠门大桥；2014年正式开工，建成后其悬索桥跨度在国内排名第一、世界排名第二，跨度长达1700m的杨泗港长江大桥。
随着科学技术的不断发展，桥梁设计也加入了新的科学理论、正在探索新的研究方法、开发创新新的高性能材料、施工工艺不断推陈出新，在科学技术的强有力推动下，全世界必将有更多大跨度的桥梁在今后涌现。
1、抗风设计的必要性现代桥梁的跨径随着时代发展需要正在逐步增大，其整体结构也趋向于质轻柔和，这使得桥梁对风荷载的作用就变得更加敏感。
桥梁在设计风速下的抗风稳定性已经成为控制桥梁结构设计和现场施工的至关重要的因素之一。
从1818年至今，全球有记录的因风致振动被强风摧毁的大跨度桥梁就有近20座。
这其中就包括1940年主跨853m风振致毁的美国塔科马大桥，也就是从那时开始，桥梁设计者们才真正重视对大跨度桥梁进行抗风设计的研究。
大型索塔桥梁的风洞试验
大型索塔桥梁的风洞试验摘要：随着桥梁工程施工技术和材料科学的发展,现代桥梁结构不断向大、轻、柔方向发展。
桥梁结构对风的作用更加敏感,风产生的升力和推力或扭转力矩导致结构产生的弯曲和扭转振动问题也越来越受到重视。
本章主要对大型索塔桥梁的风洞试验进行了探讨。
关键词：索塔桥梁；风洞；实验方法风灾是最常见、最严重的自然灾害之一，风对人类的危害，有相当一部分是通过对结构物的破坏而产生的，大量研究表明，跨度结构、高耸结构和超高层建筑都是典型的风敏感结构，风力的影响是控制其设计的最主要的因素，必须给予足够的重视，并进行充分的研究。
由此看来，对于大型桥梁也必须进行风洞试验。
风洞就是用来研究空气动力学的一种大型试验设施。
1风洞试验的意义风洞其实不是个洞，而是一条大型隧道或管道，里面有一个巨型扇叶，能产生一股强劲气流。
在风洞中安置桥梁模型，研究气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际桥梁的空气动力学特性的一种空气动力实验方法。
一座大型塔索的斜拉桥，一般来说，跨度较大，索塔较高，主梁桥面会较宽。
这种桥型的结构特点对纵向、横向风荷载甚为敏感，有时尽管主梁顶板与底板相差较大，致使导风角（风嘴、腹板倾角）会较小，对抗风有利，设计中也会考虑一些其它抗风减振措施（如设置阻尼装置），并进行了相关的一些计算，但为了安全保险起见，一般讲来还是应对施工状态和成桥状态的桥塔、主梁，斜拉索及全桥进行相应的风洞试验及分析，以掌握大桥的抗风性能和可能的减振措施，确保桥梁的抗风稳定性。
因此，风洞试验还是必须进行的。
据了解，现在绝大部分的索塔桥都坚持做了风洞试验，但也不排除少数的建设单位，限于工程投资的短缺，仅要求设计单位进行较细致的抗风振计算，而省略了风洞试验这一工作。
但我们认为，理论计算的建模，多有理想化的简化和假设，程序设计上也有误差，其计算结果与实际情况有不同程度的出入，其可信度可能不如试验结果。
在风洞试验中，测出桥梁的阻力，升力和扭矩系数后，便可确定桥梁的驰振稳定性，如果升力曲线出现了负斜率值，则桥梁的驰振稳定性不满足要求。
21世纪特大跨径桥梁的展望
21世纪特大跨径桥梁的展望随着世界经济的快速发展，大跨径桥梁的建设在20世纪末进入了一个高潮时期。
从表一和表二看，前十位的斜张桥都是90年代建成的，就是已有一百多年历史的悬索桥前十位的大部份是在80-90年代建造的。
目前的桥梁技术已经能较好的解决现存问题，但是桥梁跨度不断增大，向着更长、更大和更柔方向发展，为了保证桥梁的可靠性、耐久性、行车舒适性和施工简易性还有大量的工作要做。
一、二十世纪发展水平从1883年建成美国布鲁克林桥（主跨488米），近代悬索桥已有约120年的历史，特别是1940年美国塔可马旧桥被不大的风速吹毁，大力研究桥梁风致振动问题以来悬索桥有了很快的发展。
1964年建成的塞文桥首先采用了流线型的扁平钢箱梁，它抗风性能好、重量轻、制造简便、其造价比桁架梁少15%、维护费用低。
图1流线型的扁平钢箱梁1970年建成的丹麦小海带桥，采用了箱梁内部的空气干燥装置，起了很好的防腐作用。
对于公铁两用的双层桥面仍用钢桁架结构，1997年建成的香港青马桥，在桁架两侧还装有不锈钢风嘴，并且在横断面中心处留有通风通道，减少主梁上下气压不平衡，防止升力和升力矩过大，对于提高风动稳定性有很大的好处。
图2青马大桥加劲梁1959年建成的法国坦卡维尔桥首次采用中间铰和中边跨连续加劲桁架的方法，提高了整体刚度和防止跨中短吊索疲劳破坏。
采用与不采用中间铰的方法，我们在千米跨度以上的大桥做了初步比较，活载挠度减少约7％，梁端水平位移减少7-8cm。
1998年建成的丹麦大海带桥为了控制纵向位移采用了大型阻尼器约束。
减少施工和运营期主梁和塔的振动影响。
在诺曼底桥、明石大桥、来岛大桥等都采用了调质阻尼器等抑振装置，起了很大的作用。
图3TMD装置示意图在主缆架设上日本首创采用预制平行钢丝索股法（PPWS），大大提高索股架设质量和速度，江阴长江大桥主缆孔隙率达到了16.6%。
由于1994年发现日本濑户大桥主缆钢丝在五年内发生锈蚀，日本采用了主缆干燥方法。
走向21世纪的钢管混凝土拱桥
走向21世纪的钢管混凝土拱桥【摘要】对钢管混凝土拱桥进行了简单的概述,介绍了国内外钢管混凝土拱桥的研究现状,综述了我国十多年来在钢管混凝土拱桥方面发展及所取得的成果;对钢管混凝土拱桥的发展进行了展望,为今后的建设提供借鉴。
【关键词】钢管混凝土; 拱桥; 展望拱桥是我国公路上使用广泛且历史悠久的一种桥梁结构型式。
它外形宏伟壮观,且经久耐用[ 1 ]。
拱桥作为压弯结构,随着跨径的增大,高强材料的应用受到稳定问题的制约;而钢筋混凝土和预应力混凝土拱桥由于自重较大,施工架设问题突出。
高强材料的应用和无支架施工的困难,制约了拱桥的发展。
将钢管混凝土应用于拱桥能同时解决了拱桥材料高强化和拱圈施工轻型化的两大问题。
1钢管混凝土拱桥概述钢管混凝土作为一种组合材料,其工作的基本原理有两点: (1)借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性; (2)借助钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用,使核心混凝土处于三向受压状态,从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力。
基于钢管混凝土的工作机理,将其作为结构材料应用于大跨度拱桥的建造,可以较好地解决桥梁结构所要求的用料省、安装重量轻、施工简便以及承载能力大等诸多要求。
同时,钢管混凝土将钢材和混凝土有机地结合在一起,能大大地提高拱桥的跨越能力,并使材料性能得到充分利用。
在施工方面,空钢管架设吊装重量轻,又可作为施工支架和内填混凝土的模板,施工用钢量省,而RT工厂化、工业化水平高,加快了施工的速度。
由于在材料性能和施工方法上的优越性,将其应用于以受压力为主的拱桥之中是十分合理的。
它对于桥梁结构节约材料、减轻自重、提高跨越能力、方便施工、缩短工期有着积极的意义。
正由于钢管混凝土拱桥具有自架设的施工优势及钢- 混凝土共同受力的性能优势,这种桥型日益显示出其强大的生命力。
2国内外钢管混凝土拱桥的研究现状国内钢管混凝土拱桥在桥梁工程中开始得到研究和应用是在20世纪80年代。
自1990年10月在四川省旺苍县首先采用缆索吊装、无支架施工法建成跨度115 m的我国第一座钢管混凝土拱桥以来,短短10多年间,钢管混凝土拱桥如雨后春笋,在各地破土而出。
毕业论文参考文献分析解析
毕业论⽂参考⽂献分析解析[1]严国敏.现代斜拉桥[M].成都:西南交通⼤学出版社,1996:2-3.[2]李鑫.⼤跨度斜拉桥施⼯过程中⼏何⾮线性⾏为分析[D],硕⼠论⽂2013，成都西南交通⼤学.[3]葛耀君.⼤跨度悬索桥抗风[M]北京.⼈民交通出版社,2011:17-53.[4]项海帆.结构风⼯程研究的现状和展望[J].振动⼯程学报,1997,l0(3)259-263.[5]胡俊.⼤跨度悬索桥现场实测数据、风⾬激励响应及风振疲劳研究[D].⼤连理⼯⼤学博⼠论⽂,2012.6[6] JamieE.Padgett, AprilSpiller,Candase Aronold. Statistical analysis of coastal bridgevulnerability based on empirical evidence from Hurricane Katrina[J].Structure and Infrastructure Engineering. 2012 ,8(6):596-605.[7]项海帆.进⼊21世纪的桥梁风⼯程研究[J].同济⼤学学报.2002,30(5):529-532.[8]李国豪.桥梁结构稳定与振动[M].北京:中国铁道出版社,2002.400-441.[9] Boonyapinyo V, Yamada H, Miyata T. Wind-induced nonlinear lateral-torsional buckling of cable-stayed bridges [J]. Journal of Structural Engineering ,ASCE, 1994,120(2):486-506. [10] A.Hirai,I.Okauchi, M.Ito,T.Miyata. Studies on the critical wind velocity for suspensionbridge[C]/Proc. Int, Res. Seminar on wind effects on buildings and structures. University of Toronto Press. Ontario, Canada, 1967:81-103.[11]⽅明⼭.超⼤跨径缆索承重桥梁⾮线性空⽓静⼒稳定理论研究[D],上海:同济⼤学桥梁⼯程系, 1997.[12]程进,江见鲸,肖汝诚,项海帆.⼤跨度桥梁空⽓静⼒失稳机理研究[J].⼟⽊⼯程学报,2002,35(1)35-39.13陈政清桥梁风⼯程[M].北京.⼈名交通出版社,2005:43-58;139-141.14 H.W.Rieleman，D.Surry,K.C.Mehta, Full/mofrl-dvalr comparison of surface pressures on the Texas Tech experimental building[J],J. Wind Eng Ind. Aerodyn.,1996.61(1):1-23.15 D.Surry, Pressure measurements on the Texas Tech building: Wind tunnel measurements andcomparisons with full scale[J],J. Wind Eng Ind.Aerodyn.,1991.38(2-3):227-234.16 J.L.Walmsley, P.A.Taylor, Boundary-layer flow over topography: impacts of the Askerveinstudy, Boundary-Layer Meteorol.78(1996):291-320.17 Gunter Schewe, Allan Larsen. Reynolds number effects in the flow around a bluff bridge deckacross section. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics.1998,74-76:829-838 18同济⼤学⼟⽊⼯程防灾国家重点实验室.“风的湍流特性观测与分析”苏通⼤桥桥位⽓象观测、风参数研究(四期报告)[R].上海:同济⼤学,2004.19 张玥西部⼭区⾕⼝处桥位风特性观测与风环境数值模拟研究[D].长安⼤学博⼠论⽂.2009.12.20 Gunter Schewe, Allan Larsen. Reynolds number effects in the flow around a bluff bridge deck across section. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamic.1998,74-76:829-838.21罗云.CFD⽅法在边界层风洞流场模拟中的应⽤研究[D].上海:同济⼤学硕⼠学位论⽂,2000.6[22]刘明,沿海地区特性实测分析与⼤跨度桥梁抖振响应研究[D].成都:西南交通⼤学博⼠论⽂,2013.6.23 Rathbun, J.C. Wind forces on a tall building. Transactions of ASCE, 1940, 105:1-41.24 A.G Davenport. The Relationship of Wind Structure to Wind Loading. Paper No.2 Proc Confon Wind Effects on Buildings and Structures:N.P.L.1963.25 A.G Davenport. The Spectrum of Horizontal Gustiness Near the Ground in High Winds.Quarterly of the Roya1 Met soclety.1987,194-211.26 Harstveit K. Full scale measurements of gust factors and turbulence intensity, and theirrelations in hilly terrain[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1996,61(2) : 195-205.[27] T. Amano, H. Fukushima, T. Ohkuma et al. The observation of typhoon winds in Okinawa byDoppler sodar [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics.1999, 83(1):11-20.28 Shiau B S, Chen Y B. In situ measurement of strong wind velocity spectra and windcharacteristics at Keelung coastal area of Taiwan [J]. Atmospheric Research,2001,57(3) : 171-185.29 Cao S, Tamura Y, Kikuchi N, et al. Wind characteristics of a strong typhoon[J].Journal of WindEngineering and Industrial Aerodynamics，2009，97(1) :11-21.30李宏海,欧进萍.基于实测数据的台风风场特性分析[C].第⼆届结构⼯程新进展国际论坛论⽂集.2008:299-307.31顾明,匡军,韦晓等.上海环球⾦融中⼼⼤楼顶部良态风风速实测[J].同济⼤学学报（⾃然科学版）2011,39(11):1592-1597.32王浩,邓稳平,焦常科等.苏通⼤桥凤凰台风现场实测分析[J].振动⼯程学报2011,24(1):36-4033喻梅,倪燕平,廖海黎等, 西堠门⼤桥桥位处风场特性实测分析[J].空⽓动⼒学报.2013,31(2):219-224.34李正农,吴卫祥,王志峰.北京郊外近地⾯风场特性实测研究.建筑结构学报2013.34(9):82-90 35黄鹏,戴银桃,王旭等.上海沿海地区近地风脉动风速谱及相⼲性研究[J].⼯程⼒学学报2014,31(4):126-133.36 J. Bietry, D. Delaunay, E. Coti. Comparison of full-scale measurement and computation ofwind effects on a cable-stayed bridge [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 1995(57):225-235.37 J. B. Fr and son. Simultaneous pressures and accelerations measured full-scale on the Great Belt East suspension bridge [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2001 (89) :95-129.38 T. Miyata, H. Yamada, H. Katsuchi et al. Full-scale measurement of Akashi-Kaikyo Bridgeduring typhoon [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2002 (90): 1517-1527.39 John. H.G Macdonald. Evaluation of buffeting predictions of a cable-stayed bridge fromfull-scale measurements [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics.2003(91):1465-1483.40 Y. L. Xu, L. D.Zhu. Buffeting response of long-span cable-supported bridges under skew winds.Part 2: case study [J]. Journal of Sound and Vibration.2005(281):675-697.[41]陈政清,柳成荫,倪⼀清等.洞庭湖⼤桥拉索风⾬振中的风场参数[J].铁道科学与⼯程学报.2004, 1 (1) :52-57..[42]王修勇,陈政清,倪⼀清等.环境激励下斜拉桥拉索的振动观测研究[J].振动与冲击.2006, 25(2) :138-144.43王浩,李爱群,谢以顺.台风"麦莎"作⽤下润扬悬索桥抖振响应实测研究[J].空⽓动⼒学报.2008, 26 (3) :706-712.44王浩,李爱群,黄瑞新等.润扬悬索桥桥址区韦帕台风特性现场实测研究[J].⼯程⼒学.2009,26 (4) :128-133.45 李杏平,李g群,王浩等.基于长期监测数据的苏通⼤桥桥址区风特性研究[J].振动与冲击.2010, 29 (10) :82-85.46 Selvam R P. Computation of flow around Texas Tech building using k- t and Kato-Launder k-e turbulence model. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1996, 18:856-860.47 Kim H.G, Patel V.C. Test of Turbulence Models For and Flow over Terrain With SeparationAnd Recirculation [J]. BoundaryLayer Meteorology, 2000, 94(l): 5-21(17).48 Senthooran S, Lee D D, Parameswaran S. A computational model to calculate the flow inducedpressure fluctuations on buildings. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2004, 92: 1131-1145.49 Nozu T, Tamura T, Okuda Y, Sanada S. LES of the flow and building wall pressures in thecenter of Tokyo. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2008, 96: 1762-1773.50 谭红霞,陈政清.CFD 在桥梁断⾯静⼒三分⼒系数计算中的应⽤[J].⼯程⼒学学报,2009,26(11):68-72.[51]顾明,黄强,黄鹏等.低层双坡房屋屋⾯平均风压影响因素的数值模拟研究[J].建筑结构学报,2009,30(5):205-211.52卢春玲,李秋胜, 黄⽣洪等. ⼤跨度屋盖风荷载的⼤涡模拟研究[J].湖南⼤学学报( ⾃然科学版),2010,37(10):7-12.53张玥、胡兆同、刘健新.西部⼭区斜拉桥风特性观测及数值仿真[J].长安⼤学学报（⾃然科学版）,2011,31(5):44-49.54 陈成, 基于实际⼭地地形的建筑风荷载数值模拟研究[D].重庆⼤学硕⼠论⽂.2012,4.55⾼亮.内陆强风特性的现场实测与模拟[D].长安⼤学博⼠论⽂,2012.1256⽅平治,史军,王强,等.上海陆家嘴区域建筑群风环境数值模拟研究[J].建筑结构学报,2013,34(9):104-111.57左春阳,梁峰.复杂⾼耸结构表⾯风压分布数值风洞研究[J].特种结构,2013,30(2):21-25.58徐枫,陈⽂礼,肖仪清等.超⾼层建筑风致振动的现场实测与数值模拟[J].防灾减灾⼯程学报,2014,34(1):51-57.59 王福军.CFD软件原理与应⽤[M].北京: 清华⼤学出版社,2004:7-12.60 江帆.Fluent⾼级应⽤与实例分析.北京:清华⼤学出版社,2008:8-12.61李明⾼,李明ANSYS13.0流场分析技术及应⽤实例.北京:机械出版社2012:4-17.62 Xu F Y, Ying X Y, Zhang Z. Prediction of unsteady flow around a square cylinder using RANS[C]. Applied Mechanics and Materials, 2011, 52-54: 1165-1170.63 Menter F R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications[J].AIAA J., 1994, 32(8): 1598-1605.[64] Davenport A.G. Buffeting of suspension bridge by storm winds. J. Struct. Div.,ASCE. 1962,88(6): 233-264.[65] D avenport A.G. The dependence of wind load upon meteorological parameters. Proc. Int. Res.Seminar on Wind Effects on Build and Struct. University of Toronto Press,Toronto, 1968: 19-82.[66]庞加斌.沿海和⼭区强风特性的观测分析与风洞模拟研究[D].上海:同济⼤学博⼠学位论⽂,2006.[67] 公路桥梁抗风设计规范(JTG/T D60-01-2004)[S].北京:中华⼈民共和国交通部发布,2004.[68] J.O. Paulo, A.Y ., Bassam. On the prediction of turbulent flows around a full-scale buildings.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2000, (86): 203-212.[69]顾明,黄鹏,群体⾼层建筑风荷载⼲扰的研究现状及展望[J],同济⼈学学报,2003.31(7): 762-766.[70] 戴天帅. 基于CFD 桥梁典型断⾯三分⼒系数差异分析[D].重庆:重庆交通⼤学硕⼠学位论⽂,2012.静⼒三分⼒静⼒三分⼒系数是表征桥梁结构静风荷载的⼀组⽆量纲参数。
桥梁风工程理论与实践的本科教学探索
课程教学Curriculum Teaching 桥梁风工程理论与实践的本科教学探索孙延国「呵徐腾飞m梁艳山李明水⑵马存明⑴⑵（［1］西南交通大学土木工程学院桥梁工程系四川•成都610031；［2］西南交通大学风工程试验研究中心四川•成都610031）摘要随着我国“交通强国”战略和“一带一路”倡议的深入推进，土木工程领域必将迎来新一轮的大发展，对桥梁风工程专业人才的需求也日益迫切。
桥梁风工程课程是土木工程专业本科生教育中的新兴多学科交叉课程，在教学活动中存在知识面广、知识点分散，教学体系不完善、教学方法单一，实践环节薄弱等诸多困难。
本文结合多年的教学经验，采用逆向教学的方法，从应用角度出发，围绕着桥梁风工程本科教学中风荷载和风致振动响应这一重点主线，梳理和优化教学体系，对知识点进行简化瘦身，采用理论与实践相结合，风洞实验与数值计算相结合的方式进行教学实践活动等，对课程的教学方法进行了改革探索。
通过考试测试和学生调查，发现该教学方法显著提升了学生的兴趣和积极性，绝大多数同学能够掌握课程的主要知识点，教学效果良好。
关键词桥梁风工程教学改革土木工程风洞试验中图分类号：G424文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2020.10.073Exploration on Undergraduate Teaching of Bridge WindEngineering Theory and PracticeSUN Yanguo,111121XU Tengfei,111LIANG Yan,[1)LI Mingshui严MA Cunming[1,[2]([1]Department ofBridge Engineering,School of C ivil Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu,Sichuan610031;[2]Wind Engineering Test and Research Center of Southwest Jiaotong University,Chngdu,Sichuan610031)Abstract With the in-depth advancement of my country's"transportation power"strategy and the"One Belt One Road"initiative,the field of civil engineering is bound to usher in a new round of development,and the demand for bridge wind engi eering professionals is also increasingly urgent.The bridge wind engineering course is a new multi-disciplinary interdisciplin・ary course in the education of civil engineering majors.There are many difficulties in teaching activities such as wide knowledge,scattered knowledge points,imperfect teaching system,single teaching method,and weak practical links.This article combines years of t eaching experience and adopts the method of reverse teaching.From an application point of view,this paper focuses on the key main line of wind load and wind-induced vibration response in the undergraduate teaching of bridge wind engineering.The teaching system is sorted out and optimized,and the knowledge points are simplified and slimmed.The combination of theory and practice,and the combination of wind tunnel experiments and numerical calculations for teaching and practical activities,etc.,have reformed and explored the teaching methods of the courses.Through examination tests and stu・dent surveys,it is found that this teaching method has significantly improved students'interest and enthusiasm.Most students can master the main knowledge points of the course,and the teaching effect is good.Keywords bridge wind engineering;teaching reform;civil engineering;wind tunnel tes0引言2020年5月5日下午，虎门大桥桥面发生了由风引起的长时间较大幅度涡激振动，致使全桥实施双向全封闭，禁止车辆通行，引发公众高度关注，造成不利的社会影响。
21世纪世界桥梁工程的展望
第３３卷第３期２０００年６月土木工程学报ＣＨⅡｑＡＣＩ、ｒ几ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪＯＵＲＮＡＬｖ０１．３３Ｎｏ．３Ｊｕｎｅ２０００２１世纪世界桥梁工程的展望项海帆（同济大学）摘要２０世纪中发生了两次世界大战，使人类文明遭到了惨重的破坏，但世界各国人民在战后为重建家园，恢复生产而大兴土木的建设中，桥梁工程也取得了辉煌的成就。
而中国桥梁在２０世纪最后２０年所取得的进步更令世界桥梁界惊叹不已。
在这一成就的鼓舞下，一些发达国家开始构想在２１世纪建设更加宏伟的跨海工程。
中国在２１世纪也有宏伟的交通建设规划，其中包括沿太平洋海岸公路上的跨海工程。
可以预料：北欧、日本和中国将是２１世纪上半叶世界桥梁工程建设的热点。
中国的桥梁工作者要承认差距，不甘落后，坚持自主设计和建设的原则，为２１世纪跨海工程中的技术难点做好准备，争取创造出更好的业绩，使中国成为世界桥梁强国的重要一员，重现中国古代桥梁的辉煌。
关键词跨海桥梁工程知识经济时代全球交通网１历史的回顾在人类文明的发展史中，桥梁占有重要的一页。
中国古代桥梁技术曾经有过辉煌的业绩，中国的古代木桥、石桥和铁索桥都长时间占据世界领先地位。
１５世纪的意大利文艺复兴和１８世纪的英国工业革命造就了现代科学技术，也使欧美各国相继进入现代桥梁工程的新时期。
到１８世纪末，英国伦敦的铁拱桥就已达到１８３ｍ的跨度。
１９世纪是钢桥的世纪，钢桥的跨度从世纪初的２００ｍ到世纪末己突破了５００ｍ。
这一进步凝聚了许多桥梁先驱者的智慧和艰辛。
进入２０世纪以后，电气、汽车和飞机的发明以及混凝土技术的进步，３０年代高层建筑和高速公路的建设，使人类生活的“住”和“行”都发生了巨大的变化。
与此同时，桥梁工程也取得了惊人的成就。
１９３１年建成的纽约华盛顿悬索桥，主跨突破了千米，达到１０６７ｍ。
随后为庆祝１９３７年旧金山世界博览会而建造的金门大桥，是这一时期桥梁工程的代表作。
第三次世界大战后，预应力混凝土技术的应用完全改变了传统的施工方式，而且使梁桥的跨度飞速增加到２００ｍ以上。
21世纪桥梁发展的方向
21世纪桥梁发展的方向一．桥梁继续向柔性结构发展桥梁向更大跨度的柔性结构发展中，首要解决的是在气动及行车动力响应下结构的安全及稳定问题以及在高速行车条件下的人身安全及舒适度的要求。
因此必须进一步加强对桥梁的动力条件下的分析计算和实验研究工作。
在计算机技术不断发展的今天，如何正确地描述结构的动力行为以及旅客的反应还需做大量的工作。
关于如何增大特大跨度柔性桥梁的刚度问题，根据各国专家的建议，可初步归纳为以下几点：1.将截面做成适应空气动力要求的箱形、三角形、弧形或分离的各种流线型加劲梁，使具有足够的竖向、横向刚度及抗扭刚度；2.采用具有斜索面的缆索为主的空间网状承重体系，以加强各向的刚度；3.采用悬索加斜拉的混合型桥式，将超大的主跨分解为两种体系，使与跨度平方成比例的悬索桥部分缆索减载；4.采用轻型而刚度大的复合结构做为加劲梁，并采用自重轻、强度大的碳纤维材料做主缆。
近期我国已在进行高速铁路的建设，其中必将在长江上修建可通过高速列车的特大跨度桥梁。
这是我国在21世纪中首要解决的关键问题。
二．工程材料的发展必将使桥梁工程有重大的进步在工程材料上，首先是钢材的发展。
我国还须进一步开展低含碳量和含其他合金元素。
经过微合金化和晶粒细化处理的超高强度钢材的研究和生产，这种超高强度钢材应具有优异的焊接性能。
在20世纪我国已建成了采用可焊性良好的4MnNbq及15MnVNq钢及栓焊整体节点组成的大型桥梁，但尚需进一步发展，向超高强度钢及全焊钢梁结构发展。
混凝土在21世纪中仍是桥梁最主要的建筑材料。
在改善混凝土性能方面，重点在使其耐久性达到良好的指标。
这主要是改善混凝土内部结构，掺入高效减水剂及活性矿物掺合料，使孔隙率大幅度降低来提高其耐久性。
特别是以水泥为基料的含有超细微粒的硅灰及纤维增强材料最有发展前途。
目前实验的强度已达到200MPa（［2］），其特点及远景为：1.使桥梁自重减少1/3～1/2，与钢结构的重量相似；2.耐久性、抗冻性加强，延长结构寿命，减少维修工作量；3.具有很高的弯曲应力（20～25MPa），这样可以免去表面分布钢筋及部分力筋的设置，混凝土工程将大为简化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收稿日期:2001-11-10作者简介:项海帆(1935-),男,浙江杭州人,教授,博士生导师,中国工程院院士.进入21世纪的桥梁风工程研究项海帆(同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海 200092)摘要:对21世纪初桥梁风工程的重点方向进行展望,从桥梁风振理论的精细化、桥梁风振机理研究、计算流体动力学(CFD)的应用、气动参数识别的改进和超大跨度桥梁的抗风对策等几个方面说明其重要性以及研究的主攻方向,以期在新世纪初利用我国大规模桥梁建设的有利形势,使我国的桥梁风工程研究通过创新,实现跨越式前进,达到世界先进水平.关键词:大跨度桥梁;风工程;展望中图分类号:U 441.3 文献标识码:A 文章编号:0253-374X(2002)05-0529-04Study on Bridge Wind Engineering into 21st CenturyX IANG H ai -f an(State Key Lab oratory for Disaster Red uction in Civil Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China)Abstract :The paper presents a prospect on the bridge w ind engineering in the beginning of the 21stcentury,which in -cludes several researc h aspects such as the refinement to the theory of wind-induc ed vibration,the mechanism of wind -induced vibration,the c omputational fluid dynamic s applications,the modification in identifying aerodynamic parame -ters and the wind-resistant c ountermeasures for super long-span ing the favorable situation of large scale bridge c onstruction into new century,the study on bridge w ind engineering in China may be expected to have a big step progress through innovative efforts and to reach the world .s advanced level.Key words :longspan bridges;w ind engineering;prospect在20世纪桥梁工程取得巨大成就的基础上,21世纪的世界桥梁工程将进入建设跨海联岛工程的新时期.日本和丹麦两个岛国是先驱者,日本本州)四国联络线工程和丹麦大小海带桥的建成是20世纪的里程碑,日本和丹麦也由此成为后起之秀的世界桥梁强国.在21世纪上半叶,已经规划多年的洲际跨海工程,如欧非直布罗陀海峡通道,欧亚博斯普鲁斯海峡第三通道以及欧美白令海峡工程将有可能付诸实现.在欧洲,英伦三岛、挪威沿海诸岛、德国和丹麦之间的费曼海峡以及意大利的墨西拿海峡也都将实施跨海工程建设.在亚洲,东北亚的日本和朝鲜有可能通过朝鲜海峡的跨海工程建设陆路通道.日本继本四联络线后还将实施/第二国土轴0计划,通过多座跨海(海峡和海湾)工程建设沿太平洋海岸的高速公路干线.中国的崛起令世界瞩目.在完成五纵七横主干公路网建设的同时,也已开始跨海工程的前期工作.如上海的崇明越江通道和杭州湾通道,珠江口的伶仃洋通道都在进行工程可行性的研究,舟山联岛工程也已开始实施.可以预计21世纪的中国将在桥梁建设中做出辉煌的成就,屹立于世界桥梁强国之列.21世纪的跨海大桥工程中将会出现许多超大跨度的斜拉桥和悬索桥,以避开超深水基础的困难和满足超大型船舶的通航要求,这就给桥梁风工程研究带来新的挑战.在台风多发的海域建造柔性的超大跨度桥梁,抗风安全将是最重要的控制因素.目前普遍采用的由Scanlan 和Davenport 于20世纪60年代建立第30卷第5期2002年5月同 济 大 学 学 报JOURNAL OF T ONGJI UN IVERSIT Y Vol.30No.5 M ay 2002530同济大学学报第30卷起来的桥梁风振理论框架是否需要补充和改进,以适应超大跨度桥梁的抗风设计是一个令人关注的课题.本文将对21世纪初桥梁风工程研究的重点进行展望,以便明确努力方向,为跨海工程建设做好抗风设计的理论和实验准备[1~4].1桥梁风振理论的精细化由Scanlan和Davenport于20世纪60年代建立的桥梁风振理论框架是基于非变形结构和线性气动力模型的线性确定性模态分析方法.在颤振分析中一般都不考虑紊流的影响,也不考虑风载引起的结构变形和附加攻角的作用.日本Miyata在进行明石海峡大桥的全桥模型试验中观察到在发生颤振前桥面已存在十分明显的侧向弯扭变形.这种因风的静力作用而产生的结构变形改变了桥梁的姿态,产生了沿桥跨方向不同的附加攻角.此外,大跨度斜拉桥的全桥气弹试验中还应考虑作用在斜拉索上的风载对变形的影响.用迭代的方法很容易跟踪随风速增加结构的变形,并考虑这一几何非线性对气动力作用、结构动力特性以及颤振临界风速的效应.同济大学在进行江阴长江大桥的抗风研究和风洞试验中注意考察了这种结构几何非线性效应,得到了有意义的结果.应当指出的是:目前通用的包含气动导数的自激力和准定常形式的抖振力是忽略了非线性项的线性表达式.随着跨度的增加,结构的变形和振幅都达到了米的量级,是否需要建立更加精确的气动力表达式是值得考虑的,特别是用现有理论分析抖振响应和实测结果有较大的误差,而且跨度愈大误差也愈大.因此可能要抛开机翼颤振和抖振的理论框架,寻找更为适合柔性的超大跨度桥梁风和结构相互作用及其非线性气动力表达式,使理论分析和实测达到一致,以便为实现精确的时域分析、数值风洞和更进一步的虚拟现实(VR)奠定更科学和坚实的理论基础.2桥梁风振机理研究T acoma桥风毁后组成了旨在为弄清事故原因的调查委员会.当时已经建立起来的航空空气动力学基础理论已被用来作为解释风毁机理的武器.由于邀请了流体力学家Von Karman参加调查委员会,在提交的报告中暗示旋涡脱落可能是激起振动的主要原因.节段试验也表明:如果去掉迎风面的主梁,扭转振动的发散将消失.于是此后的一些空气动力学著作都认为卡门涡街是造成Tacoma桥风毁的主要原因.直至1971年Scanlan发现了钝体断面的扭转负阻尼现象,并指出涡激振动只能用来解释该桥失稳前出现的较低风速时的弯曲振动现象,而与扭转振动发散无关.一直到1990年Tacom a桥风毁50周年之际,英国Wy att著文指出:平板的古典耦合颤振和钝体断面的扭转颤振是两种不同的机制.尽管通过风洞试验能保证安全的抗风设计,但流体和结构的相互作用机理仍是不清楚的.在20世纪90年代,日本M atsumoto对各种桥梁断面进行了仔细的流态和颤振形态的研究,分析了弯扭耦合的不同比例及其对颤振的影响,在实验中发现了涡的形成和沿桥面的飘移过程.丹麦Larsen利用所开发的DVMFLOW软件,用数值模拟方法揭示了Tacoma桥断面流体和结构相互作用的全过程.研究表明:卡门涡街不能对扭转振动的发散负责,但涡流沿桥面的飘移却会使升力的作用点同时飘移,造成升力矩从正向负转化,当涡的间距和桥面宽度达到一定配合关系将激起发散的扭转振动,这也正是扭转阻尼从正变负的原因.可以说,这一新研究为T acoma桥风毁提供了更科学和微观的解释.对风致振动的机理研究一般都滞后于控制风振有效对策的研究,如上述的颤振机理、拉索的参数振动和雨振等.然而,弄清风振的激振机理是结构风工程研究的重要任务,只有机理研究清楚了,才有可能建立起从平板到钝体断面统一的风振理论.对于处于中间状态的各种桥梁断面以及添加了各种导流制振措施的复杂断面有一个连续的、无矛盾的处理方法.为此目的,还要继续努力,不断改进现有的理论框架,以逐步弄清桥梁的各种风振机理.3计算流体动力学(CFD)的应用20世纪90年代初,从航空领域引入土木结构的计算流体动力学(CFD)技术已取得了初步的进展,丹麦的Walther 和Larsen 率先开发了基于离散涡法的DVMFLOW 软件,用于大海带桥的风振分析获得成功;随后,同济大学也开发了基于有限元法的空气弹性力学分析软件,对江阴长江大桥、南京长江二桥和润扬长江大桥等进行了气动选型、气动参数识别和风振分析,并与风洞试验作了对比,取得了比较满意的结果.实践表明:CFD 技术对于初步设计阶段的气动选型、设计独立审核工作、风振机理研究以及今后过渡到/数值风洞0都是十分有效的工具和重要的过程.对于/数值风洞0的前景尚有不同的看法:一方面用于数值分析的钝体气动力模型还不够精确和完善,气动参数的识别也存在着不确定性,需要继续改进,完全依靠数值模拟来获得必需的结构气动参数还有困难;另一方面,风洞试验技术的进步使试验周期和费用相对于/数值风洞0仍具有竞争力,对结果的可信度也并不逊色.因此,在今后的一定时期内,可能仍以风洞试验为主要手段,辅以/数值风洞0的适当作用.是否可以预期,随着钝体空气动力学在理论和算法上的不断进步,大容量的并行计算机更为普及以后,/数值风洞0,甚至更为先进的虚拟现实技术有可能替代风洞试验方法成为桥梁抗风设计的主要手段.人们将在屏幕上预见大桥在灾害气候条件下的振动景象,并据此判断结构的抗风安全.不管怎样,数值模拟是信息时代的主要特征,数值风洞的发展前景是毋庸置疑的.应该积极努力地推动这一技术的进步.4 气动参数识别的改进自从1971年Scanlan 和Tomco 发表了5机翼和桥面气动导数6的著名论文以来,桥梁气动导数识别的试验技术和识别算法都有了许多创新和改进,但从实践中人们仍感到有许多不确定性,影响到参数的精度.缺少有力的验证是重要的原因.除了平板的气动导数有理论解可以作为实测的验证外,对于其余的桥梁断面的气动导数,无法估计其误差,只能通过全桥气弹模型试验的结果来间接地检验利用实测气动导数得出的颤振分析结果,但前者也有风洞模拟、模型制作和相似等方面的问题,难以作为精确的准绳.气动导纳函数是一个和抖振分析密切相关的重要参数.然而,除了少数几个探索性的研究外,对于抖振响应的分析仍是一种估算,停留在1962年Davenport 建立的用Sears 函数(Liepmann 表达式)考虑气动导纳修正的最初框架上,至今没有实用性的成果,这确实是难以想象的一种状况.现场实测的抖振响应已多次提醒:按现行方法进行抖振分析的结果存在较大的误差.除了加紧研究气动导纳函数,提出便于实用的合理的参数值外,也许还应当用审慎的眼光对待建立在准定常理论基础上的抖振力表达式,探索更为精确的包含非线性项非定常的抖振力表达式,使理论分析和实测结果达到一致,以满足超大跨度桥梁对风振分析提出的更高要求.5 超大跨度桥梁的抗风对策随着跨度的增大,桥梁对风的敏感程度将不断提高.实践表明,对于斜拉桥这种刚性较好的体系,即使跨度超过千米,只要采用斜索面和闭口箱梁断面,成桥以后都可获得足够的稳定性,如香港昂船洲大桥和苏通长江大桥的研究所证明的.主要的问题是悬臂施工阶段桥面的风振和长拉索的风雨激振,需要采用一些被动控制措施加以抑制.斜拉桥极限跨度的研究表明:1200m 以下是比较合适的区域.1200~1500m 斜拉桥虽然仍有竞争力,但主梁中巨大的轴向压力将导致静力压屈稳定问题,需要增加额外的刚度来保证.1500m 以上的斜拉桥在目前钢索的条件下,将出现较大的拉索垂度和相应的非线性刚度折减,需要采用空间索网的布置来克服.作者认为:斜拉桥做到1500m 跨度应该可以满意了,过长的悬臂施工将会使风险更大.而1500m 以内斜拉桥在抗风方面是完全有信心解决的.和斜拉桥相比,悬索桥的刚度要小得多.1600m 以上的悬索桥,如采用常规的箱形断面,如大海带桥那样,临界风速将降到70m #s -1以下,在强台风地区将不能满足要求.香港青龙大桥就必须采用中央开槽的分离桥面才能解决.21世纪的跨海大桥工程提出了建造2000m 以上悬索桥的要求.中央开槽的分体桥面方案对提高抗风稳定性是十分有效的措施,但过宽的中央槽将使横梁跨度增大,使桥梁造价增大,过宽的桥面还造成桥塔宽高比的失调,影响桥梁的美观.因此,采用其它措施,如中央稳定板,导流板的配合是值得考虑的.曾经有人研究过如同航空器中采用的主动控制技术,但由于土木结构体型庞大,能源的供应和日常维护是一个531 第5期项海帆:进入21世纪的桥梁风工程研究532同济大学学报第30卷难题.因此,无能源的自适应控制系统对超大跨度悬索桥应该是一个有前景的振动控制方法.此外,利用斜拉桥刚度好的有利条件,继续克服斜拉-悬索协作体系在结合部附近吊杆疲劳问题,充分发挥两种体系的优点.协作体系将减少斜拉桥长悬臂施工的风险,同时又可增大桥梁的抗风稳定性,尤其在有软土覆盖层的沿海地区,锚碇的减小将会带来经济效益,相信协作体系在1200~1500m的跨度范围应该是一种有竞争力的桥型.6结语我国的桥梁风工程研究经过20余年的努力,经历了20世纪80年代的/学习和追赶0和20世纪90年代的/提高和紧跟0两个阶段,已取得了长足的进步.通过对国内数十座大桥的抗风研究和风洞试验的实践,可以说我国的水平已进入了世界先进行列,也得到了国际风工程同行的认可.进入21世纪后,应开始/创新和超越0的第三战役,在第二阶段全面紧跟的十多个研究课题中选择4 ~5个重点进行突破,以进一步明确奋斗目标,通过创新,实现跨越式前进.同时,利用我国大规模桥梁建设的有利形势积极参与和合作,以重大桥梁工程为背景,理论联系实际,争取用10年时间在几个方面达到世界先进水平.参考文献:[1]项海帆.进入21世纪的中国大桥工程及抗风研究[A].进入21世纪的科学进步与社会经济发展[C].北京:中国科学技术出版社,1999.986.[2]项海帆.上海力学学会40周年年会报告:风工程和力学[R].上海:同济大学土木工程防灾国家重点实验室,1999.[3]XIANG Hai-fan,CH EN Ai-rong.Aerodynamic s tudies of long-span cable-s upported bridges in Chi na[A].Proc of International Confer-ence on Advances in Structural Dynamics[C].Ox ford:Elsevier Science Ltd,2000.121-134.[4]XIANG Hai-fan,Ge Yao-jun.Refinement on aerodynamic s tability analysis of s uper long-span briges[J].JWE,2001,(89):65-72.#下期文章摘要预报#低温等离子体放电管输入电能形式的发光分析葛自良,马宁生,章昌奕,赵国华为解析放电等离子体现象,以低温等离子体放电管作为优化研究对象,用数码相机对输入不同电能形式的放电管分别进行摄影,记录空气电离时的可见光发光状态,通过计算机处理,从发光强度空间分布及发光主截面积两方面进行分析,指出输入纳秒级脉冲高压电时能量效率较优,输入50H z单相交流高压电时较低,而采用主从放电输入电能形式的能量效率介于两者之间.同时也对放电管的结构性能进行了评估.。