桥梁节段模型风洞试验简介
风洞试验技术介绍及应用
二、风洞测试技术
风速测试技术 风压测试技术
风力测试技术
风速测量技术
皮托静压管（Pitot-static tube）
对于低速（即风速不超过0.3倍音速， 约100m/s）、不可压缩的流动，沿某一流 线作稳定流动的不可压缩无粘性气流应满 足下述伯努力方程：
1 U 2 C 2
p
ZD-1风洞典型工程测振试验
同塔四回路输电铁塔
ZD-1风洞典型工程测振试验
1800t柔性腿吊机
ZD-1风洞典型工程测振试验
复合屋面板单元测振试验
参考教材
黄本才,汪丛军.结构抗风分析原理及应用(第 二版)[M].上海： 同济大学出版社, 2008. [日]风洞实验指南研究委员会.建筑风洞实验 指南[M].孙瑛,武岳，曹正罡译.北京：中国建 筑工业出版社，2011. 埃米尔.希缪,罗伯特.H.斯坎伦. 风对结构的作 用—风工程导论[M].刘尚培，项海帆，谢霁 明译.上海：同济大学出版社,1992.
ZD-1风洞典型工程测压试验
青岛绿城深蓝广场
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ZD-1风洞典型工程测压试验
青岛绿城深蓝广场
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ZD-1风洞典型工程测压试验
宁波中国港口博物馆
绍兴东方山水图
刚性模型测力试验
目的：获得建筑、桥梁等整体和局部风荷载和动态气动力 方法：利用测力天平测出作用在整体结构上的气动合力（系数）或者作用 在结构不同节段上的气动力（系数） 对象：刚性不变形的全模型或节段模型
2014年创新实验指南
项目一：高层建筑风荷载干扰效应的测压试验研究（工程型）
1. 背景资料：
<<建筑结构荷载规范（GB 20009-2012）>>8.3.2规定:
附录D 桥梁风洞试验指南提纲
风洞试验应用指南提纲1. 风洞和流场品质1.1 风洞基本要求1.1.1 风洞类型1.1.2 风洞组成1.1.3 实验段尺寸1.2 空风洞流场品质1.2.1 气流稳定性A 衡量标准：B 测试方法：C 指标要求：1.2.2 速度均匀性A 衡量标准:B 测试方法：C 指标要求：1.2.3 风向均匀性A 衡量标准:B 测试方法：C 指标要求：1.2.4 气流紊流度A 衡量标准B 测试方法：C 指标要求：1.2.5 轴向静压梯度A 衡量标准:B 测试方法：C 指标要求：2．自然风场模拟2.1 风速相似比2.2 平均风特性2.2.1 平均风剖面2.2.2 来流风攻角2.2.3 来流风偏角2.2.4 雷诺数2.3 脉动风特性2.3.1 功率谱密度2.3.2 紊流强度2.3.3 紊流度剖面2.3.4 空间相关性2.3.5 积分尺度2.4 强风特性模拟2.4.1 均匀流2.4.2 格栅均匀紊流2.4.3 边界层紊流2.5 特殊瞬时风场模拟概要2.6 紊流对钝体空气动力特性的影响–相似准则无法满足时的参考3．结构动力特性3.1概述3.2动力特性分析3.2.1基本主梁断面A．开口B．闭口C．分体D．桁梁3.2.2主梁计算模型A．单梁式B．双梁式C．三梁式D．多梁式E．板壳式3.2.3其他构件计算模型A．桥塔B．斜拉索C．主缆D．吊杆E．拱肋F．墩台3.2.4约束与连接A．自由度B．固定约束C．主从连接3.2.5自振特性分析方法3.2.6分析结果描述3.3模型动力特性模拟3.3.1测振节段模型3.3.2桥塔模型3.3.3全桥气弹模型4. 模型相似理论4.1 几何相似4.2 运动相似4.2.1 与重力无关（柯西数确定速度缩尺比）4.2.2 与重力相关（弗劳德数确定速度缩尺比）4.3 质量相似4.3.1 惯性参数相似（密度相似）4.3.2 广义质量相似4.3.3 广义质量惯矩相似4.4 动力相似4.4.1 雷诺数相似4.4.2 罗斯比系数相似4.4.3 弗劳德数相似4.4.4 柯西数相似4.4.5 牛顿数相似4.4.6 阻尼参数相似5.1 概述5.2 相似参数5.2.1 几何缩尺比5.2.2 其它相似参数5.3 模型设计5.3.1 刚度模拟5.3.2 外形模拟5.4 试验要求5.4.1 加工精度要求5.4.2 试验流场要求5.5 试验内容5.5.1 三分力测试5.5.2 气动力系数5.6 数据采集及处理5.6.1 仪器设备5.6.2 采集方法5.6.3 数据处理5.7 试验结果及应用6.1 概述6.2 模型相似参数6.2.1 几何缩尺比6.2.2 风速比6.2.3 其它相似参数6.3 模型设计6.3.1 刚度模拟6.3.2 质量模拟6.3.3 外形模拟6.3.4 阻尼模拟6.4 模型试验要求6.4.1 加工精度要求6.4.2 动力特性检验6.4.3 试验流场要求6.5 试验内容6.5.1 颤振性能检验6.5.2 涡振性能检验6.6.3 抖振响应测试6.5.4 气动导数识别6.5.5 颤振气动控制6.5.6 涡振气动控制6.6 数据采集及处理6.6.1 仪器设备6.6.2 采集方法6.6.3 数据处理6.7 试验结果及应用7.桥塔测振试验7.1概述7.2模型相似参数7.2.1几何缩尺比7.2.2风速比A.考虑Froude数B.不考虑Froude数7.2.3其它相似参数7.3模型设计7.3.1刚度模拟7.3.2质量模拟7.3.3外形模拟7.3.4阻尼模拟7.4模型试验要求7.4.1加工精度要求7.4.2动力特性检验7.4.3试验流场要求7.5试验内容7.5.1驰振性能检验7.5.2涡振性能检验7.5.3抖振响应测试7.5.4静风响应测试7.6数据采集及处理7.6.1仪器设备7.6.2采集方法7.6.3数据处理7.7试验结果及应用8全桥模型试验8.1概述8.2试验状态确定8.2.1梁式桥8.2.2拱式桥8.2.3斜拉桥8.2.4悬索桥8.3模型相似参数8.3.1几何缩尺比8.3.2风速比A.考虑Froude数B.不考虑Froude数8.3.3其它相似参数8.4模型设计8.4.1刚度模拟8.4.2质量模拟8.4.3外形模拟8.4.4阻尼模拟8.5模型试验要求8.5.1加工精度要求8.5.2动力特性检验8.5.3试验流场要求8.6试验内容8.6.1颤振性能检验8.6.2静风稳定性能检验8.6.3涡振性能检验8.6.4风致响应测试8.7数据采集及处理8.7.1仪器设备8.7.2采集方法8.7.3数据处理8.8试验结果及应用9．拉索风雨振试验9.1风雨环境模拟参数9.1.1风场模拟9.1.2人工降雨9.1.3风雨共同作用9.2拉索模型相似条件9.2.1拉索外形9.2.2拉索质量9.2.3自振频率9.2.4阻尼比9.3风雨振试验工况9.3.1拉索倾角9.3.2风偏角9.3.3风速和雨强9.4风雨振试验结果9.4.1不利空间姿态9.4.2不利风雨条件9.4.3定性判断9.4.4定量振幅10.试验质量控制10.1质量控制目标10.2试验风场和模型10.2.1风场模拟正确性10.2.2模型特性正确性10.3试验实施和数据分析10.3.1试验过程和测试10.3.2数据记录和分析10.4试验误差控制10.4.1误差来源10.4.2误差修正10.5质量控制策略。
第十讲 风洞试验技术
1.2 试验模型
z(1) 精确的结构物模型 z(2) 简化的周边环境模型 z(3) 概略的上游地表模型
1.3 风洞试验分类
风环境风洞试验 风洞试验 建筑结构风洞试验
桥梁结构风洞试验
1.3 风洞试验分类(续)
风环境
地面或行人风环境(Pedestrian level) 建筑物周边风环境 (Topography model) 环境空气动力学试验(Environmental aerodynamics)
U
动力：CW (dTw / dt ) = W − H
τ = CW /[(∂H / ∂Tw ) − (∂W / ∂Tw )]
图2. 热线风速仪
2.4 平均风速指标
z(1) 不同高度平均风速 z(2) 风剖面指数α z(3) 梯度风高度
2.5 脉动风速指标
z(1) 紊流强度： I = σ u , I = σ v , I = σ w
P static
Pt
=
Ps
+ Pd
=
P0
+
1 2
ρaU 2
P total
Pd
=
Pt
− Ps
=
1 2
ρaU 2
=
ρ w gΔh
U=
P dyn
2g
ρw ρa
Δh
ρ w
图1. 皮托管测压
2.3 试验设备
z(2) 热线风速仪——脉动风速
静力：W = H
( ) W = I 2Rw, H = A1 + B1 U (Tw − Te )
H
¾ 4. 表面测压试验
4.1 模型要求 z(1) 刚性——外型无变形 z(2) 不漏气——压力为常数 z(3) 外形相似
桥梁节段模型风洞试验简介
“桥梁节段模型风洞试验”简介一概述桥梁结构一般为柔长结构，在一个方向上有较大的尺度，而在其他两个方向则相对尺度较小。
风对桥梁结构的作用近似得满足片条理论，可通过节段模型试验来研究桥梁结构的风致振动响应。
通过桥梁节段模型试验，可以测得桥梁断面的三分力系数、气动导数，为桥梁结构的抗风分析提供参数；同时通过节段模型试验对桥梁结构进行二自由度的颤振临界风速试验实测和涡激振动响应。
在大跨度桥梁结构初步设计阶段一般都要通过节段模型试验来进行气动选型；对于一般大跨度桥梁结构也要通过节段模型试验来检验其气动性能，因此桥梁结构节段模型试验是十分重要的桥梁结构模型试验，也是应用最为广泛的风洞试验。
节段模型试验根据其测试响应的不同可以分为测力试验和测振试验；根据节段模型试验悬挂方式的不同可以分为刚性悬挂节段模型试验、强迫振动试验和弹性悬挂节段模型试验。
测定桥梁结构的非定常气动力特性（气动导数、气动导纳）以及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）。
测定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。
通过弹簧和支承装置将主梁刚体模型悬挂在风洞内，并使其能产生竖向平动及绕节段模型截面重心转动的二自由度运动。
支承装置应具有改变模型攻角和约束任一自由度的机构，并可根据需要设置附加阻尼装置用于改变弹性悬挂系统的阻尼。
弹性悬挂节段模型支承方式见图1-1。
图1-1 弹性悬挂节段模型支承弹簧悬挂二元刚体节段模型风洞试验除了要求模型与实桥之间满足几何外形相似外，原则上还应满足以下三组无量纲参数的一致性条件：z弹性参数：b U B ω，t UB ω或t bωω(频率比) z惯性参数：2m b ρ，4m J b ρ或r b(惯性半径比) z阻尼参数：b ζ,t ζ(阻尼比)其中：U 为平均风速，b ω、t ω分别为弯曲和扭转振动固有圆频率，B 为桥宽，b 为半桥宽，m 、m J 为单位桥长的质量和质量惯性矩，ρ为空气密度，r 为惯性半径，b ζ，t ζ分别为竖向弯曲、扭转振动的阻尼比。
桥梁抗风与风洞试验浅析
桥梁抗风与风洞试验浅析作者：崔会芳侯娜曹娟丽高斐来源：《科技探索》2013年第11期摘要：随着现代大跨桥梁跨径记录不断被刷新，结构随之趋于轻柔，阻尼减小，风荷载成为很多桥梁设计的控制性因素，所以对于桥梁的抗风研究显得十分必要。
本文将探讨介绍风对桥梁的作用、桥梁抗风的研究方法及目前作为桥梁抗风最普遍的研究方法的风洞实验。
关键词：桥梁抗风风洞试验引言现代桥梁在跨度、材料、桥型、结构设计、施工方法等方面都发生了重大进步。
进入21世纪以后，科技的进步、新材料的开发和应用等使得桥梁向着长大化，轻柔化发展，使其在风作用下的非线性特性更加突出，从而提出了桥梁抗风研究的精细化问题。
1风对桥梁的作用（1）静风荷载平均风产生的静力荷载称作静风荷载。
静风荷载对大跨径桥梁的作用一般简化为风对结构的阻力、升力和升力矩的三分力的共同作用。
风对桥梁的作用包括顺风向的阻力FD（t）、竖向升力FL（t）和因升力形成的升力矩FM（t）。
以前人们普遍认为大跨桥梁的空气动力临界风速一般都低于空气静风失稳风速，所以自从开始研究桥梁空气动力学以来，大跨桥梁抗风研究主要集中于结构动力失稳的问题上。
直至1967年日本东京大学的Hirai教授在悬索桥的全桥模型风洞试验中观察到了空气静力扭转发散现象，空气静力稳定性问题才逐渐提上议程。
（2）风致振动对于大跨度桥梁而言，当断面形式接近于流线型时，由于结构刚度小，使得结构振动容易被激发，风作用对于结构表现出的不仅仅是静力特性，还有动力特性，称为动风荷载。
风的这种动力作用引起桥梁结构的振动，振动起来的桥梁又反回来影响风的流动，改变风对结构的作用，从而形成了风与桥梁的相互作用机制。
风对结构的作用受结构振动的影响较小时，风荷载形成一种强迫力，致结构发生有限振幅的强迫振动，包括涡振及抖振；当风对结构的作用力受到结构的振动影响较大时，风荷载受到振动结构的制约，主要表现为一种自激力，可能导致桥梁结构的发散性自激振动，包括颤振和驰振。
广西邕江组合吊桥节段模型风洞试验
一 方面 是 从
基础部分 传到结构 上 的 地 面振 动 ( 地 面脉 动 ) 作用 为0 仪 尼
, 。
.
我 们在 塔基 上放 置 丁 测 点
;
另 一 方 面 是风 荷 载
,
实测 发现 主 要来 自风荷 载
z
、
。
这次测 试我们使用 了灵 敏度 为时
、
/ G 士 2 0%
测 量频率范 围
,
0 3 ~ 2 5 OH 超 低频 响应 的加速 度传感
,儿
,
,
为1
/
4a
,
.
加劲梁 的高跨 比 更小 只 有 1 / 场 1
, 。
,
.
la
,
加劲梁又 是 用单 销连 接而 成 敞 口 的 下承式
钢衍 架 并 且 与桥梁 系无皿性钱 接 放 桥 梁的竖 向刚度
对 抗 风 问题 特别应 予 以 重视
横 向 刚度 以 及 坑扭刚度都很 弱
:
,
为此
一 九 八 五 年 十 月 中央 军 委 交战办及 总参 工 程 兵部联合技 术鉴定 中指 出
琶 花 组合 吊桥 的 动 力特性 试城
:
,
一
吊桥 结构的 动 力 特 性 是决定 其 抗 风 稳 勺 住 的 重要因素 邑江 组 台 吊 价 整 体 梢 汽 ,心 圣 本 上
是柔性 悬 吊结构 对 风作用 比较敏感 因此在 研究其抗 风能力时 特性
。 、 、
,
,
,
必须 首先弄 清其结 构的动 力
构模 态 测试 方法 采用 以参考 站断 面 为标 准 其它各 侧 站的 响应 值均 与参考 站 的 侧 点作
比较
土木工程中的桥梁抗风设计与风洞试验
土木工程中的桥梁抗风设计与风洞试验桥梁是人类工程建设中重要的交通基础设施之一，承载着行车和行人的负荷。
然而，桥梁在面临自然风力时容易受到影响，因此，桥梁抗风设计成为土木工程中的一个重要研究课题。
为了确保桥梁的结构安全稳定，需要进行风洞试验以获得准确的数据和参数。
本文将介绍土木工程中的桥梁抗风设计与风洞试验的过程和方法。
1. 风力荷载分析在设计桥梁抗风的过程中，首先需要进行风力荷载分析。
风力荷载与桥梁的形状、横截面积、高度、桥墩和桥塔的形式等因素有关。
根据风力荷载的计算公式，可以确定桥梁所承受的最大风速和风力矩。
这些数据对于桥梁的设计和结构稳定性至关重要。
2. 桥梁结构设计根据风力荷载的分析结果，工程师需要进行桥梁的结构设计。
这包括选择合适的材料、确定桥梁的几何形状和尺寸，以及考虑桥墩和桥塔的位置和形式。
通过合理的结构设计，可以提高桥梁的抗风能力和稳定性，确保桥梁在强风条件下不发生变形和破坏。
3. 风洞试验风洞试验是桥梁抗风设计中不可或缺的一部分。
通过在风洞中模拟真实的风场环境，可以获取桥梁在不同风速下的响应和振动情况。
这些数据对于验证结构设计的准确性和完整性非常重要。
在风洞试验中，可以测量桥梁的振动频率、应力分布和位移情况，从而评估桥梁的抗风能力和结构稳定性。
4. 风洞试验的步骤风洞试验的步骤包括模型制造、模型安装、风洞试验和数据分析。
首先，根据实际桥梁的设计参数，制造一个比例缩小的桥梁模型。
然后，在风洞中安装模型，并确保模型的稳定性和安全性。
接下来，通过风机产生一定的风速，在模型前方产生风场。
同时，使用传感器和测量仪器记录桥梁的振动和位移情况。
最后，将获得的数据进行分析和比对，评估桥梁的抗风能力和结构稳定性。
5. 风洞试验的优势相比于其他测试方法，风洞试验具有以下优势：- 可以模拟不同风速、不同风向和不同风场条件，准确地测量桥梁的响应情况。
- 可以对桥梁的各个部位进行针对性测试，提供全面的数据支持。
4 风洞试验
测压点个数 36 60 60 60 28 42 60 60 56 21 56 14 16 12 12 15
3 试验设备
风洞：广东省建科院建筑风洞实验室，为串联双 试验段回流式风洞，分为大小两个试验段。本试验 使用的是大试验段。 1）大试验段为闭口试验段：长10m、宽3m、高2m， 最高风速为18m/s；
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首都机场3号航站楼测压试验
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4.4 试验模型
（1）测压模型 适用于桥梁、高层建筑、空间结构等。 优点：
风压分布；缺点：试验过程复杂（注意的问题：管 路系统的畸变和修正）
（2）高频动态测力天平试验（模型） 适用于高层建筑、高耸结构（格构式）。优点：
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北京大学风洞
宽3米×高2米×长32米直流式大气边界层风洞
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哈工大风洞与波浪模拟实验室
单回流闭口双试验段构造。 风洞小试验段入口截面宽4.0m ×高3.0m ×长 25m，空风洞最大风速44m/s，主要用于单体建筑 和建筑群的流场显示、测力、测压等试验。
风洞大试验段入口截面宽6.0m ×高3.6m ×长 50m ，最大风速25m/s，主要用作风环境试验和桥 梁模型试验。
L1=（3~8）D1， L2=（8~20）D2
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总压测量：平头总压管（皮托管），开口端平面 与气流方向垂3
气流方向修正系数
2）压强测量仪 （1）液柱式压强计 （a）U形管压强计：设ρ1为被测压强，ρ2为参考 压强（常用大气压强），则
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东莞国际金融大厦
风洞试验
《桥梁风工程》之——风洞试验技术主要内容简介第一章风洞试验的理论基础——相似性（概述、相似性基本要求、无量纲参数的来源、基本缩尺考虑）1.1 概述理论流体力学——物理实验——数值模拟（风工程研究的“三大手段”）；桥梁、建筑结构在结构设计方面，只要求结构在风荷载作用下具有足够的强度、刚度和稳定性即可，即确保桥梁结构、建筑结构的安全性、舒适性和耐久性即可；（这区别于航空器的设计——力求其周围运动空气对其的阻力最小），主要关注绕尖角的流动和分离流动，因此，称为“钝体空气动力学”。
个别建筑、桥梁已开展了实际结构的实测。
Fig.1 Research methods of Wind Engineering of Bluff Body1932年，Flachsbart O.“建筑物气动特性的模拟应当在具有与自然风相似的风洞气流中进行”。
几何缩尺——经济性和方便性由于缩尺几何引出了物理相似的一系列问题，相似性准则是风洞试验的理论基础。
应该说明的是，由于模型的几何缩尺，导致部分物理现象不能准确反映，如雷诺数效应。
因此，在实际设计模型试验时，需要进行一系列权衡，确保主要问题能模拟即可。
（科学与艺术结合！）1.2 模型相似性在分析一切物理问题，特别是需要通过实验进行研究的问题时，通常需要确定一组无量纲的控制参数。
该组无量纲参数通常是根据描述所研究物理系统的偏微分方程得到的，用一个具有对应量纲的参考值遍除所有关键变量，使之无量纲化，于是得到大量的无量纲组合参数，它们就是控制系统的物理特性的因子。
如果这些控制参数组从一种情况（原型物）到另一种情况（模型）保持不变，则自然保证了相似性。
具体风洞试验相似性无量纲参数推导见下。
假设一个物体浸在流动的流体中，在物体上某处形成的作用力F 只是下列六个参数的函数：即密度ρ、流速V 、某个特征尺寸D 、某个频率n 、流体粘性系数μ和重力加速度g 。
即ξεδγβαμρg n D V F d= (1)式中：ξεδγβα,,,,,为待定指数。
桥梁结构的风洞测试与设计优化
桥梁结构的风洞测试与设计优化桥梁是现代社会不可或缺的基础设施之一，而桥梁的结构设计和建造对于保证其安全稳定至关重要。
在桥梁结构设计中，风荷载是一个重要的考虑因素，因为风力可能对桥梁产生很大的影响。
为了确保桥梁的可靠性和安全性，风洞测试成为一种重要的手段。
风洞测试是通过模拟真实风场环境来评估桥梁结构在风荷载下的性能的一种方法。
普通的风洞测试通常包括两个阶段：风洞模型制作和模型测试。
首先，根据实际桥梁结构的设计图纸，将其按照比例制作为风洞模型。
然后，将该风洞模型放置在风洞测试装置中，通过模拟风场的风速、风向等参数进行模型测试，获得风洞试验数据。
风洞测试的主要目的是通过测量桥梁结构在不同风速下的应力和变形情况，检验其在风荷载作用下的承载性能。
通过分析风洞试验数据，可以了解桥梁结构在不同风荷载下的响应特性，比如应力分布、位移响应等。
这些数据和分析结果可以为设计优化提供有效的参考。
设计优化是指通过改进结构设计来提高桥梁的性能。
根据风洞测试的数据和分析结果，可以发现桥梁结构中的一些不足和问题，比如在某些区域应力集中、某些构件受力过大等。
基于这些问题，我们可以采取一些设计优化措施，如增加结构强度、改善结构刚度等，以提高桥梁的抗风荷载能力和减小变形。
在设计优化中，结构材料的选用也是一个重要的方面。
不同的材料具有不同的特性，如强度、刚度等。
通过选用适当的材料，可以使桥梁结构更加坚固耐用，有利于提高其风荷载下的性能。
除了风洞测试和设计优化，考虑桥梁的施工因素也是不可忽视的。
在桥梁的施工过程中，需要考虑风荷载对施工的影响，特别是在悬索桥等大跨度桥梁的施工过程中，风力可能会对施工造成很大的干扰。
因此，在工程建设中，需要采取一些风险控制措施，如增加临时支撑、采用先进的施工技术等，以确保桥梁的安全施工。
综上所述，风洞测试和设计优化对于保证桥梁结构的安全稳定具有非常重要的意义。
通过风洞测试可以模拟真实的风场环境，评估桥梁结构在风荷载下的性能；设计优化则是根据风洞试验的数据和分析结果，改进桥梁结构设计，提高其抗风能力和减小变形。
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。
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桥梁风洞试验简介
• 前面我们讲的大致回答了什么是桥梁风洞试验和 为什么要做风洞试验两个问题，那么接下来我们 重点来看一下具体的桥梁风洞试验怎么做。一般 来说有三种常见的桥梁风洞试验，分别是：静力 三分力试验、弹簧悬挂刚体节段模型试验、全桥 气动弹性模型试验。另外还有拉条模拟实验、桥 塔模拟试验等。
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姓 专
名：XXX 业：桥梁与隧道工程
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大跨径桥梁风洞试验
目录
• • • • 1，引言（why） 2，桥梁风洞试验简介（what） 3，常见桥梁风洞试验（how） 4，结语
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引言
• 风灾是自然灾害中发生最频繁的一种，也是给人 类生命财产带来巨大危害的自然灾害。1940年美 国的旧塔科马桥（Old Tacoma Bridge) 被8级大风 吹毁。事故发生使人们认识到大跨桥梁只考虑静 风荷载是不够的，而应更多地对风致振动响应机 理做出科学分析。从此，桥梁抗风研究成了桥梁 领域的热点课题，桥梁风工程学应运而生(边缘分 支学科）。桥梁风工程学的研究方法主要有三种, 风洞试验（重点）只是其中之一、另外两种是现 场观察以及数值模拟。
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桥梁风洞试验简介
• 风洞(Wind Tunnel)就是用来研究空气动力学的一种 大型试验设施。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。（5-25音速, 32.6m/s) • 世界上公认的第一个风洞是英国人于1871年建成的。 飞机制造业上最先应用风洞。从上世纪60年代起，世 界各大汽车公司和有关机构也开始建立自己的风洞试 验室。 • 桥梁风洞试验：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。（简而言之）
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。
基于聚类分析的桥梁节段模型风洞试验涡激振动研究
第 39 卷第 4 期2023 年8 月结构工程师Structural Engineers Vol. 39 ， No. 4Aug. 2023基于聚类分析的桥梁节段模型风洞试验涡激振动研究端木玉1董浩天2，*（1.广州航海学院船舶与海洋工程学院，广州 510725； 2.上海大学土木工程系，上海 200444）摘要涡激振动已经成为威胁桥梁结构安全、行人舒适度和结构耐久性的重要风险因素之一。
节段模型风洞试验是检验大跨度桥梁涡振的重要方法，但提取和分析涡振数据一般依赖于经验，缺乏准确高效的手段。
针对闭口钢箱梁悬索桥节段模型风洞试验数据，引入了含噪声的基于密度的空间聚类分析方法，在提取位移标准差和单频程度这两个特征值的基础上，将竖弯和扭转涡振工况从三个攻角的全部试验工况中识别出来。
通过风速-振幅关系和涡振工况的时程与频谱特征，进一步验证了涡振工况提取和分析的准确性，证实了涡振具有大振幅和强单频的特点。
关键词涡激振动，闭口钢箱梁悬索桥，风洞试验，机器学习，基于密度的聚类算法Cluster-Analysis-Based Research on Vortex-Induced Vibration from Wind Tunnel Tests of a Sectional Bridge ModelDUANMU Yu1DONG Haotian2，*（1.School of Naval Architecture and Ocean Engineering，Guangzhou Maritime University， Guangzhou 510725， China；2.Department of Civil Engineering， Shanghai University， Shanghai 200444， China）Abstract Vortex-induced vibration （VIV）has become a main risk of bridges concerning the structural safety，pedestrian comfort，and structural durability. Wind tunnel experiments of sectional models are important in the verification of VIV of long-span bridges. However，the recognition and analysis of VIV are usually empirical， inexact， and inefficient. Concerning the sectional-model wind tunnel tests of a suspension bridge with closed steel box girders，the DBSCAN （Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise） method has been introduced in the analysis of the experimental data. The standard deviation and single-frequency property of displacement time-series are selected as the characteristic parameters. Using DBSCAN，the bending VIV cases and torsional VIV cases are recognized from the wind tunnel cases under three attack angles. The variation of vibration amplitude with wind speed，as well as the temporal and spectral characteristics of the VIV cases， are further analyzed， by which the recognition and analysis of VIV have been proved to be precise. The VIV cases have large amplitudes and strong single-frequency property. Keywords vortex-induced vibration （VIV），suspension bridge with closed steel box girders，wind tunnel test， machine learning， density-based clustering收稿日期：2022-08-24基金项目：广州市教育局高校科研项目——羊城学者项目（202032786），广州市科技计划项目（202002030424），广东省普通高校特色创新类项目（2019KTSCX123），广东省普通高校认定类科研项目（2020KTSCX107）作者简介：端木玉，女，讲师，博士，研究方向为工程领域的涡激振动问题。
桥梁节段模型风洞试验技术研讨
［２］ Ｅ３］
朱乐东，项海帆．桥梁颤振节段模型质量系统模拟．结构工程师，１９９５（４）．
Ｇｕ，Ｍ．，Ｚｈａｎｇ，＆Ｘ．，ａｎｄ Ｘｉａｎｇ，Ｈ．Ｅ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｕｔｔｅｒ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｃｋｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｗｉｎｄ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ
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曲、扭转振动的阻尼比。
ｔ
正确的模拟实桥的扭弯频率比取决于对结构动力特性分析的质量。针对不同的桥梁结构体系需 要把握采用不同的计算模式才能保证结构动力特性分析的准确性。尤其是主梁的计算模式可以分别 采用单梁、双梁或三梁式建模，以节省计算工作量或考虑约束扭转刚度的贡献ｎ。在难以判断时， 应作不同计算模式的对比分析。在获得结构动力特性分析结果后就要解决如何选择模型模拟的弹性 参数。一般情况下，不难作出选择。根据模型相似条件取对称或反对称组的扭转与竖向弯曲运动的 基频即可，但对于一些复杂特殊的结构体系如大跨、轻梁、高墩计算出的模态密集相互交织不易识 别，则可以借助于质量系统模拟时用的考虑全桥振动效应的等效质量和等效质量惯性矩来取舍孙。 模型系统惯性参数的模拟应采用考虑全桥振动效应和振动空间特性的主梁等效质量和等效质量惯性 矩，选取时遵循的是最小化原则。模型系统的质量应包括模型本身和悬挂系统的质量，并留有适当 的余量用来调整系统质量和质量分布。尤其兼顾施工状态的模拟。系统的阻尼参数实际反映的是一 个振动周期内系统耗散能量与系统总能量的比值。从这个物理概念出发，在模型设计中应尽量使用 阻尼小的材料以及十分注意各构件之间的连接方式。当然，悬挂弹簧的性能是主要的。若系统阻尼 较模拟实际结构阻尼的要求值小，则可以通过附加阻尼的办法来达到期望值。附加阻尼一般采用水 介质、电磁阻尼的方式，而阻尼圈的办法简单、实用。 桥梁节段模型的制作应保证设计思想的实现。如确保模型的刚性，合理分配模型的质量及分布， 严格控制模型系统的阻尼。如何来保证呢？这里涉及到制作材料、工艺及经验。针对不同的结构，
大跨径桥梁风洞试验
理做出科学分析。从此，桥梁抗风研究成了桥梁 领域的热点课题，桥梁风工程学应运而生(边缘分 支学科）。桥梁风工程学的研究方法主要有三种, 风洞试验（重点）只是其中之一、另外两种是现 场观察以及数值模拟。
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桥梁风洞试验简介
• 风洞(Wind Tunnel)就是用来研究空气动力学的一种 大型试验设施。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。（5-25音速, 32.6m/s)
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常见桥梁风洞试验
• 试验结果以测定点的风速—振幅响应曲线来表示 。主梁、塔柱、塔墩等部分模型通常由模拟其刚 度的刚性芯棒、模拟其外形和质量、质量分布的 外衣组合而成。应避免模型外衣对模型整体刚度 产生附加刚度的影响，并注意阻尼相似条件的满 足。在模型装配完成后，应对其动力特性进行测 试，以确保模型实测值与预期目标相一致或在一 定误差控制范围以内。
• 扭转系数
CM
1
M
V 2BL
2
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常见桥梁风洞试验
• 在进行风洞试验前，首先制作刚性模型，要满足 桥梁构件有关参数的相似性；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。
大跨径桥梁风洞试验
大跨径桥梁风洞试验
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常见桥梁风洞试验• 1，来自力三分力试验• 是指桥梁断面在平均静气动力作用下阻力、升力
和扭转力矩及其随攻角的变化。以三分力系数表
示如下： • 阻力系数
大跨度中承式拱桥节段模型风洞试验
第２ ８巷
第 ６期
重 庆 建 筑 大 学 学 报
Ｊｕ ｎ ｌｏ ｏ ｇ ｉｇＪａ ｚ ｕ Ｕ ｉｅｓ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＣｈ ｎ ｑｎ ｉｎ ｈ ｎｖ ｒｉ ｔ
— —
Ｖｏ． ８ Ｎ ． 】２ ｏ ６
Ｄｅ ２０ ６ ｃ． ０
桥 节 段 模 型 静 力 三 分 力 试 验 以及 节段 模 型 动 态 试 验 的 主 要 内 容 及 相 应 的 结 果 ， 绍 了 由 于 双 拱 干 扰 下 介 的主拱 静力 三分 力试验 和 涡振 试－Ｔ ＠ Ｌ其 结 论 ￣ ，试 验表 明 ， 梁 主 桥 具 有 良好 的 气动 稳 定 性 ， 拱 在 风 栽 桥 主 下 受 力 极 为 复 杂 。 由 于 前 榀 拱 尾 流 的 影 响 ， 拱 阻 力 系数 起 伏 较 大 。 当 两 榀 拱 相 距 较 近 时 ， 拱 的 阻 力 后 后
文章编 号 ：０ ６— ３ ９ ２ ０ ）６— ０ ５— ３ １０ ７ ２ （０ ６ ０ ０ ５ ０
Ｗ ｉ ｄ Ｔｕ ｎ ｌＴｅ ｔ ｆＬｏ ｇ Ｓ ａ ｌ — ｈ ｏ ｇ ｃ ｉ ｇ ｅ ｔｏ ｏ ｅ ｎ ｎ ｅ ｓｓ ｏ ｎ ｐ ｎ Ｈａ ｆ—ｔ ｒ ｕ ｈ Ａｒ ｈ Ｂｒｄ ｅ Ｓ ｃ ｉ ｎ Ｍ ｄ ｌ
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某跨海大桥节段模型风洞试验
四Ｊｌ Ｉ 建筑
第３ ０卷 ６期
２ １．２ ０ ０ １
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参 叠 ０构 磅：缔 。 ＿
１４ｍ×１４ｍ 风 洞 进 行 ， 风 洞 为 闭 口 试 验 段 直 流 式 风 洞 ， ． ． 该
２ 动 力试 验
２ １ 动 力 试 验 模 型 ．
试验段截面尺寸为 １４ ｉ（ ）×１４ ｉ（ ） ． ｎ 宽 ． 高 的矩形 ， ｎ 稳定 风
速 为 ５～ ０ ｍ ｓ ４ ／ 。
模 型 竖直 安 装 于 天 平 及 风 洞 转 盘 上 ， 过 由汁 算 机 控 制 通 调整 机 构 实 现 模 型 姿 态 角 “ 的 变 化 。 试 验 中 “ 的 范 闹 为 ±１。变 化 问隔 最 小 为 ３ ， 均 匀 流 场 中 试验 风速 为 １ ／ 。 ２， 。 ５ｍ ｓ
长 度 ｌ： ０ ６ ７ ５ １２ ．５ ｌ２ ＿５
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宽 度
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高度
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某 跨 海 大 桥 节 段 模 型 风 洞 试 验
许 宏兵 ， 亮 亮 张
（ 庆 大学 ， 重 重庆 ４ ０ ４ ） ００５
【 摘 要 】 通过某跨海 大桥节段模 型静 力试验 和动 力试验 获得 了主 梁的静 力三分 力 系数 随攻角 的变
化 规 律 ， 梁 的 颤振 特 性 以及 识 别 了主 梁 的 ８个 颤振 导数 ， 主 并对 试 验 获得 的 结 果进 行 了详 细 的 分 析 。 其 分析
桥梁节段模型风洞试验简介
湖南大学风工程试验研究中心 Wind Engineering Research Center of Hunan University
3
桥梁抗风科普知识之一——桥梁节段模型风洞试验简介
3. 涡振试验频率比确定
根据桥梁成桥状态和施工状态的桥梁设计风速分别为 44.5m/s 和 37.4m/s 的实际情况，
（油阻尼器较好实现）。 3.2 节段模型试验工况安排 根据不同的桥梁抗风问题有不同的安排，颤振问题比较突出的则首先进行颤振临界风
速的检验，若涡激共振问题比较突出，则首先进行涡激共振试验。然后分别按-3、0、+3 度攻角进行试验（对于涡激共振还要进行-5、+5 度攻角的试验）。
四 桥梁节段模型风洞试验结果处理
测定桥梁结构的非定常气动力特性（气动导数、气动导纳）以及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）。测定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。
通过弹簧和支承装置将主梁刚体模型悬挂在风洞内，并使其能产生竖向平动及绕节段模 型截面重心转动的二自由度运动。支承装置应具有改变模型攻角和约束任一自由度的机构， 并可根据需要设置附加阻尼装置用于改变弹性悬挂系统的阻尼。弹性悬挂节段模型支承方式 见图 1-1。
图 1-1 弹性悬挂节段模型支承
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桥梁抗风科普知识之一——桥梁节段模型风洞试验简介
弹簧悬挂二元刚体节段模型风洞试验除了要求模型与实桥之间满足几何外形相似外，原 则上还应满足以下三组无量纲参数的一致性条件：
等效质量惯性矩 (t.m2/m)
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等效质量惯性矩 (t.m2/m)
7
0.8072
主梁一阶对称竖弯 0.160799E+02
9
1.2178
主梁二阶对称竖弯 0.150570E+02
26
2.4871
主梁一阶对称扭转
0.476752E+04
由于节段模型风洞试验是将桥梁结构系统简化为弯扭耦合的两自由度系统，因此，对于 每一自由度均可以看作一个单自由度振动体系。对于单自由结构振动体系，其振动频率为：
图 1-1 弹性悬挂节段模型支承
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弹簧悬挂二元刚体节段模型风洞试验除了要求模型与实桥之间满足几何外形相似外，原 则上还应满足以下三组无量纲参数的一致性条件：
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三 桥梁节段模型风洞试验调试及试验内容
3.1 模型结构动力特性测试 竖弯振动频率、扭转振动频率、竖弯阻尼比、扭转阻尼比。如阻尼不足需要增加阻尼
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图 2-2 模型模型骨架图
图 2-3 主梁节段模型标准横断面
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6.7266
Hz
2.4871
3.5714 8.3333 8.8824
20.7258
/
3.0811
1
1
3.0811
3.0811
%
0.5
1
1
0.5
0.5
%
0.5
1
1
0.5
0.5
4. 节段模型测振试验弹簧设计
根据结构动力学知识，单自由度振动体系的结构振动频率为：
ω= k m
故，
（2-1）
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（确定风洞试验的一些关键参数）
1. 全桥结构动力特性分析结果
采用大型有限元分析程序 ANSYS 对青岛海湾大桥成桥状态进行结构动力特性分析，与 节段模型风洞试验相关的主要振型、频率及等效质量见表 2-1。
表 2-1 青岛海湾大桥一期工程红岛航道桥结构动力特性及等效质量
振型编号
频率(Hz)
振型描述
等效质量(t/m)
竖向振幅。试验结果以攻角为参数的气动阻尼—折算风速、气动导数—折算风速、振动响应 ——风速等关系曲线表示。
（完）
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（油阻尼器较好实现）。 3.2 节段模型试验工况安排 根据不同的桥梁抗风问题有不同的安排，颤振问题比较突出的则首先进行颤振临界风
速的检验，若涡激共振问题比较突出，则首先进行涡激共振试验。然后分别按-3、0、+3 度攻角进行试验（对于涡激共振还要进行-5、+5 度攻角的试验）。
四 桥梁节段模型风洞试验结果处理
竖向振幅。试验结果以攻角为参数的气动阻尼—折算风速、气动导数—折算风速、振动响应 ——风速等关系曲线表示。
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二 节段模型设计示例 ——青岛海湾大桥一期工程红岛航道桥节段模型设计
需要说明的是：最后频率比的确定还是要结合实际弹簧的刚度来确定。
表 2-2 青岛海湾大桥一期工程红岛航道桥节段模型设计参数（单幅桥面）
参数名称
符号 单位
实桥值
缩尺
颤振
涡振
模型值
颤振
涡振
主梁长度
L
m
55.000
1/25
2.200
主梁宽度
B
m
23.000
1/25
0.920
主梁高度
H
m
3.500
1/25
0.140
等效质量
meq
kg/m 16.08×103
等效质量惯矩 Jmeq kg⋅m2/m 4.768×106
1/252 1/254
25.728 12.206
等效惯性半径
re
竖弯基频
fv
扭转基频
ft
扭弯频率比
ε
竖弯阻尼比
ξv
扭转阻尼比
ξt
m
17.2197
1/25
0.6888
Hz
0.8072
3.5714 8.3333 2.8828
T
s
tp
V
m/ s
Vp
f
Hz
fp
1/ n
1/ n2 1/ n4
1
m/ n 1/ m n/ m
注：表中的 m 值可根据风洞风速范围任意选取。
试验的攻角范围一般为 ± 3o ，特殊情况（如主梁有超高角）时可取为 ± 5o ，攻角变化 步长为1o 。根据试验目的的不同可分别在均匀流场和紊流风中进行。试验风速范围应至少达 到换算到试桥实桥时的颤振检验风速或使主梁产生1o ~ 5o 的扭转振幅、梁宽的 1/100~1/20 的
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“桥梁节段模型风洞试验”简介 一 概述
桥梁结构一般为柔长结构，在一个方向上有较大的尺度，而在其他两个方向则相对尺度 较小。风对桥梁结构的作用近似得满足片条理论，可通过节段模型试验来研究桥梁结构的风 致振动响应。
通过桥梁节段模型试验，可以测得桥梁断面的三分力系数、气动导数，为桥梁结构的抗 风分析提供参数；同时通过节段模型试验对桥梁结构进行二自由度的颤振临界风速试验实测 和涡激振动响应。在大跨度桥梁结构初步设计阶段一般都要通过节段模型试验来进行气动选 型；对于一般大跨度桥梁结构也要通过节段模型试验来检验其气动性能，因此桥梁结构节段 模型试验是十分重要的桥梁结构模型试验，也是应用最为广泛的风洞试验。节段模型试验根 据其测试响应的不同可以分为测力试验和测振试验；根据节段模型试验悬挂方式的不同可以 分为刚性悬挂节段模型试验、强迫振动试验和弹性悬挂节段模型试验。
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图 2-4 主梁模型测压孔布置图
图 2-5 防撞护栏模型图
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图 2-6 模型端板图
颤
一阶对称竖弯
2.8828
56.0616
பைடு நூலகம்
18393
2299
振
一阶对称扭转
一阶对称竖弯 涡
振
一阶对称扭转
8.8824 6.7266 20.7258
26.8532 56.0616 26.8532
83640 100142 455385
10455 12518 56923
对于弹簧悬挂系统，弹簧上下设计成刚度为一致的，即单根弹簧刚度为 k = K ，且节 8
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——青岛海湾大桥一期工程红岛航道桥节段模型设计图纸
确定合适的比例（1:10~1:100 之间），从试验精度的角度考虑，模型做的越大越好，但 随着模型的增大，试验难度和造价都将加大，与此相应的试验进度也会受到影响，因此，综 合考虑，选择一个合适的比例进行模型设计。 设计要点
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3. 涡振试验频率比确定
根据桥梁成桥状态和施工状态的桥梁设计风速分别为 44.5m/s 和 37.4m/s 的实际情况，
z 弹性参数： U ， U 或 ωt (频率比) ωbB ωt B ω b
z
惯性参数：
m ρb2
，
Jm ρb4
或r b
(惯性半径比)
z 阻尼参数：ζ b ,ζ t (阻尼比)
其中：U 为平均风速，ωb 、ωt 分别为弯曲和扭转振动固有圆频率，B 为桥宽，b 为半桥宽， m、 Jm 为单位桥长的质量和质量惯性矩， ρ 为空气密度，r 为惯性半径，ζ b ，ζ t 分别为竖
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k = mω 2 = 4π 2mf 2
（2-2）
针对不同的试验目的，分别设计颤振、涡激共振节段模型试验弹簧，设计结果见表 2-3。
表 2-3 节段模型试验弹簧设计表
振型
模型频率（Hz）
模型质量 （kg 或 kg.m2/m）
系统弹簧刚度 （N/m）
单根弹簧刚度 （N/m）
测定桥梁结构的非定常气动力特性（气动导数、气动导纳）以及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）。测定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。