第十四讲 桥梁风致振动分析
大桥风振事故原理分析以及有效防范措施举例
⼤桥风振事故原理分析以及有效防范措施举例2019-05-10摘要：⽂章通过对塔科马⼤桥的风振事故来探究风振的原理，来概述了风洞试验的发展，以及风振有效的防护措施。
关键词：⼤桥蛇形共振；桥梁抗风；风振动防范；塔科马⼤桥1 理论概述建造⼤桥的时候我们不仅仅要考虑⼤桥的承载能⼒，美观度以及经济性，此外我们建造的⼤桥，⼤跨度桥常常因为柔度⾮常⼤，⽽受风荷载影响很⼤，⼤桥在未知的风的作⽤下会产⽣⼗分巨⼤的变形以及振动。
随着桥梁跨度的增⼤，⾮线性因素也愈加明显，不确定的因素也就变得很⼤很⼤，这就给已经⾮常复杂的风-车-桥系统研究加⼤了难度。
在风速较⼤的地区⽐如芝加哥，修建跨江、跨海铁路⼤桥时，为了确保桥梁结构及列车运⾏安全，必须要综合考虑风和列车荷载对桥梁的动⼒作⽤。
在国内外关于车桥耦合振动及桥梁抗风研究的基础上，需要考虑⼤跨度桥梁的⼏何⾮线性因素。
我们有必要来探究下⼤桥共振的原因，我们说的⼤桥看成不是⼀个刚体并有⾃振，在车辆通过⼤桥的时候对⼤桥产⽣压⼒，⼤桥就会受⼒变形，若这个⼒与⼤桥⾃⾝的震动吻合就会产⽣共振，然⽽这个问题要控制在⼀个安全范围内才对⼤桥不⾄于造成破坏。
概括来讲，该问题属于⽓动弹性振动问题.美国的塔卡马⼤桥就是这样被垮的。
原因是桥垂直⽅位的结构上的板引起了桥发⽣⼀系列振动。
桥对风有相当⼤的阻⼒，因此风被桥遮挡，⾼强度的⽓流只能从结构板上⽅经过，最后压向了桥表⾯。
由于通过的⽓流由于连续的被曲折就加快了它流动的速度，由伯努利定律可知在竖直⽅向上结构板的上⽅及下⽅将产⽣明显的压降。
⽆所谓的是风⼀直从板正前⽅吹过来，它的原因是上下⽅产⽣的压⼒降低会导致相互的抵消。
⿇烦的事是若风⽅向随机且不停地产⽣变换，这将导致压⼒产⽣不断地波动变化。
产⽣的压⼒差若加在了整个桥⾯之上，⽽且因为能够挡住风的竖直⽅向的结构板后，将产⽣涡流并且不断的加强，将会最终导致桥⾯开始振动。
从理论上讲当桥⾯经受⼀定流速的⽓流吹动，就不可避免地会产⽣⾃激振动.除此之外⼀个因素是某个桥墩由于流体的涡振产⽣松动，这使得桥墩产⽣周期性的振动，使桥⾯产⽣低频振荡，车桥耦合振动的概率很⼩，由于车辆的激励频率要⾼好多.2 桥梁风致病害典型案例分析我们举⼀个⾮常有名的例⼦吧，就是著名的塔科马⼤桥由于风振产⽣的倒塌事故。
大跨度桥梁的风致振动现象
其中CL和CD为升力系数和阻力系数，需要通 过静力三分力风洞试验获得。
涡振
限幅振动 影响使用
常遇风速 需要控制
Stronhal数及“锁定”现象
St
fd U
发生涡激共振的结构 的对旋涡的脱落会产
生一种反馈作用，使
旋涡脱落频率在一定
的风速范围内被“俘
获”或“控制”（保
全桥气弹 模型试验
研究大跨度桥梁运营态和典型施工态的 气动弹性行为，包括颤振临界风速，脉 动风作用下桥梁的抖振响应。
桥位处风 环境试验
通过在风洞中模拟实际桥位处的风环境， 获取桥位风场特性，为桥梁的抗风设计提 供必要的风场参数。
风洞介绍（直流风洞）
进气口
第一试验段
三元收缩段
第二试验段 动力段
第一稳定段
XNJD-1风洞建于1989年，为双试验段的回流风洞。 XNJD-2风洞建于2002年，为斜拉索风雨振专用风洞。 XNJD-3风洞建于2008年，为世界第一大的边界层风洞。
表示脉动风速与抖振力之间的转换函数，称 为气动导纳函数，用来修正桥梁断面周围紊流的 非定常性和不完全相关性。对于不同的桥梁断面， 气动导纳是不同的，需要通过风洞试验测定。
斜拉索风雨振
一定的风速 一定的雨量 一定的拉索
损坏拉索 必须避免
风雨振的减振措施
常规的桥梁风洞试验
主梁节段 测量桥梁断面气动力参数，测量主梁的 模型试验 风致振动，主梁断面的气动选型。
桥梁的自激气动力
运动产生 折算风速 颤振导数
颤振
发散振动 灾难性的
必须避免
桥梁颤振风速的计算公式
Von der Put 公式
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。
桥梁结构振动与风荷载效应分析与优化设计
桥梁结构振动与风荷载效应分析与优化设计桥梁结构是连接两岸的重要交通设施，而桥梁结构的振动与风荷载效应是桥梁结构设计中需要考虑的重要因素。
本文将详细介绍桥梁结构振动与风荷载效应的分析与优化设计。
桥梁结构振动是指桥梁在受到外力作用下，发生的结构变形和能量传递现象。
桥梁结构振动分为自由振动和强迫振动两种情况。
自由振动是指桥梁在没有外力作用下，自身在固有频率下发生振动。
而强迫振动是指桥梁在受到外界作用力下，发生的振动。
桥梁结构振动会对桥梁的安全性产生影响。
如果桥梁结构振动过大，会导致桥梁产生疲劳损伤、裂缝等问题，严重时可能会导致桥梁垮塌。
因此，在桥梁结构设计中需要考虑振动对桥梁的影响，并进行相应的优化设计。
桥梁结构风荷载效应是指桥梁在受到风力作用下，发生的结构变形和能量传递现象。
风荷载效应是桥梁结构设计中需要考虑的重要因素之一。
在桥梁设计中，需要根据当地的气象条件和地理环境，对桥梁受风荷载的影响进行分析，并进行相应的优化设计。
针对桥梁结构振动与风荷载效应的分析与优化设计，可以采用有限元分析方法。
有限元分析方法是一种基于数值计算的工程分析方法，可以对桥梁结构进行模拟计算，得出其在受到外力作用下的响应情况。
在进行有限元分析时，需要对桥梁结构进行建模。
建模时需要考虑桥梁结构的几何形状、材料特性、支座条件等因素。
建模完成后，可以对桥梁结构进行静态分析和动态分析。
静态分析是指在不考虑振动和变形情况下，对桥梁结构的受力情况进行分析。
动态分析是指考虑桥梁结构振动和变形情况下，对其受力情况进行分析。
通过有限元分析可以得出桥梁结构在受到外力作用下的响应情况。
根据响应情况，可以对桥梁结构进行优化设计。
优化设计可以从材料选型、支座设计、几何形状等方面入手，使得桥梁结构在受到外力作用下具有更好的抗风性能和抗震性能。
总之，桥梁结构振动与风荷载效应是桥梁结构设计中需要考虑的重要因素。
通过有限元分析和优化设计，可以使得桥梁结构具有更好的抗风性能和抗震性能，保障其安全性和可靠性。
土木工程中的桥梁振动分析与改善
土木工程中的桥梁振动分析与改善桥梁作为重要的交通基础设施，承载着车辆和行人的重量，其结构安全性和稳定性对交通运输的顺畅性具有重要影响。
而振动问题是桥梁设计与施工过程中常见的关键问题之一。
本文将重点讨论土木工程中的桥梁振动分析与改善。
一、桥梁振动的类型及原因1.自然振动：桥梁作为一个巨大的弹性体，受到外界自然环境的作用时，会产生自然振动。
例如，地震、风力和水流等自然力对桥梁的振动产生显著影响。
2.人为振动：由于交通工具的行驶和行人的行走引起的振动也对桥梁的结构造成一定的影响。
尤其是在大桥上，车辆的高速行驶和集中负荷对桥梁的振动产生明显影响。
二、桥梁振动分析方法1.理论模型法：通过建立桥梁的动力学方程和运用相关物理原理，采用数学方法对桥梁的振动进行分析和计算。
该方法适用于简化、规则的振动分析。
2.有限元法：有限元法是目前最为普遍和有效的桥梁振动分析方法之一。
它将整个桥梁系统离散化为许多小单元，建立数值模型进行计算，并通过数值方法求解桥梁的模态振动和应力应变状态。
三、桥梁振动改善方案1.结构设计优化：在桥梁设计初期，根据桥梁的实际应用环境和条件，合理选择桥梁的结构形式和材料，以减少振动的发生。
例如，通过改善桥梁横断面形状、增加支座刚度和设置振动吸收器等方法来降低振动响应。
2.减振措施：对于已经存在振动问题的桥梁，可以采取减振措施来降低振动响应。
例如，在桥梁的关键部位设置阻尼器、调整振动频率等，以减少振动的幅值和对桥梁结构的影响。
3.维护管理：定期维护对于控制桥梁振动也起到重要作用。
通过桥梁的定期巡检、维护和加固，保证桥梁的结构稳定和安全性，降低振动问题的发生。
四、案例分析以某城市的一座大型悬索桥为例，该桥在通车后出现了较大的振动问题，对行驶的车辆和行人造成了不良的影响。
为了解决该问题，工程师采用了有限元法进行振动分析，并结合实际情况提出了以下改善方案：调整桥塔的刚度，增加桥墩的阻尼器，加固桥面结构等措施。
桥梁振动分析与结构设计研究
桥梁振动分析与结构设计研究桥梁作为连接两个地区的重要交通枢纽，其稳定性和安全性显得尤为重要。
然而，桥梁在运行过程中会受到各种力的作用，其中一项重要的因素就是振动。
桥梁的振动分析与结构设计研究，是为了确保桥梁在长期服务中不发生损坏或倒塌，保障行车和行人的安全。
桥梁振动分析是通过对桥梁发生振动的原因、振动特性和结果进行研究，来评估桥梁的安全性。
首先，桥梁可能会受到自然力的作用，如风力和地震力等。
风力是导致桥梁振动的主要外力之一。
当风通过桥梁的时候，会产生激励力，引起桥梁的振动。
地震是另一个重要的外力，会产生地震波，造成桥梁振动。
其次，桥梁的自身结构和材料的特性也会影响桥梁的振动。
桥梁的几何形状和截面形态，以及材料的强度和刚度等因素，决定了桥梁的固有频率和振动特性。
为了研究桥梁振动，研究人员通常会使用有限元方法。
有限元方法将复杂的物体划分为许多小的有限元，通过求解这些小元素的运动方程，再将其组合成整个物体的运动方程。
通过对这些运动方程求解，可以得到桥梁的振动响应。
这种数值模拟的方法能够准确地计算桥梁的振动特性，为桥梁的设计和改进提供依据。
在桥梁振动的结构设计研究中，一个重要的目标是确定桥梁的固有频率，并确保这个频率不与外界激励频率发生共振。
当外界激励频率接近桥梁的固有频率时，会引起共振现象，加大桥梁的振动幅度，甚至导致桥梁失稳。
因此，在桥梁结构设计中，需要合理选择材料和截面，使得桥梁的固有频率避开外界激励频率。
此外，桥梁振动分析与结构设计研究还包括对桥梁的疲劳寿命和振动控制等方面的研究。
桥梁在长期运行过程中，会承受不同程度的荷载作用，这些荷载会导致桥梁发生疲劳损伤。
通过使用振动试验和数值模拟方法，可以评估桥梁的疲劳寿命，为桥梁维护和修复提供科学依据。
此外，振动控制技术也是桥梁振动研究的重要方向之一。
通过在桥梁上安装减振器和阻尼器等装置，可以有效地减小桥梁的振动幅度，提高桥梁的稳定性和安全性。
总之，桥梁振动分析与结构设计研究是为了保障桥梁的稳定性和安全性，确保桥梁在长期服务中不发生损坏或倒塌。
桥梁设计中的桥梁振动分析
桥梁设计中的桥梁振动分析桥梁是连接两个陆地或建筑物的重要工程构筑物，是现代社会交通的重要组成部分。
在桥梁设计中，桥梁振动分析被广泛运用，它能帮助工程师了解桥梁在使用过程中的动态行为，为确保桥梁的安全性提供重要参考。
本文将探讨桥梁振动分析的相关内容。
桥梁振动分析是一种研究桥梁结构在受到外部荷载或内部因素作用下的振动特性的方法。
桥梁振动分析可以分为静态与动态两种情况。
首先，静态振动分析主要研究桥梁结构在受到静力荷载作用后的变形和应力分布情况。
在桥梁设计中，静态振动分析可用于确定桥梁在静态荷载作用下的结构安全性。
通过对桥梁的静态振动分析，工程师可以评估桥梁在正常使用情况下的结构稳定性，并制定相应的施工方案和荷载限值。
接下来，动态振动分析主要研究桥梁结构在受到动态荷载作用时的振动特性。
桥梁结构在受到行车、行人以及风等外部荷载作用时，会出现不同频率和振幅的振动。
动态振动分析可以帮助工程师了解桥梁结构在受到外部荷载时的动态响应情况，进而评估桥梁的稳定性和安全性。
此外，在桥梁设计中，还需要考虑到桥梁的自振频率以及自激振动的影响。
通过动态振动分析，可以确定桥梁的自振频率，并采取相应的措施来避免自激振动的发生，从而保证桥梁的安全运行。
在桥梁振动分析中，还需要考虑到桥梁结构的材料和几何属性对振动特性的影响。
桥梁结构的材料特性包括弹性模量、密度以及阻尼比等。
这些参数会影响桥梁的振动频率、振幅以及能量耗散情况。
此外，桥梁的几何属性，如跨度、梁高、刚度等，也会对桥梁的振动特性产生重要影响。
工程师需要充分考虑这些因素，通过合理的材料选择和几何设计，来提高桥梁的振动特性。
当前，随着科技的进步，桥梁振动分析的方法也在不断发展。
传统的桥梁振动分析方法主要基于有限元分析技术，通过数值模拟来研究桥梁的振动特性。
但是，传统方法存在计算量大、模型复杂、求解耗时等问题。
近年来，随着计算机技术和数学方法的发展，人工智能、数据挖掘等新技术在桥梁振动分析领域得到了应用。
悬索桥的风致振动特性分析
悬索桥的风致振动特性分析在现代桥梁工程中，悬索桥以其跨越能力大、造型优美等特点成为了众多大型交通基础设施的首选方案。
然而，风对悬索桥的影响不容忽视，风致振动可能导致桥梁结构的疲劳损伤，甚至影响桥梁的安全性和使用性能。
因此，深入研究悬索桥的风致振动特性具有重要的理论意义和工程应用价值。
悬索桥的结构特点决定了其对风的敏感性。
悬索桥主要由主缆、加劲梁、桥塔和吊索等组成。
主缆承担着主要的荷载，加劲梁则通过吊索悬挂在主缆上。
这种柔性结构在风的作用下容易产生振动。
风致振动的类型多种多样，常见的有颤振、涡振和抖振等。
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，直至发生破坏。
涡振则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。
抖振是由自然风的紊流成分引起的随机振动。
影响悬索桥风致振动特性的因素众多。
首先是桥梁的几何形状和尺寸，包括加劲梁的截面形状、主缆的垂度、桥塔的形式等。
不同的几何参数会导致风在桥梁表面的流动特性发生变化，从而影响振动特性。
其次是风速和风向。
风速越大，风对桥梁的作用力也就越大，振动响应越明显。
风向的变化也会改变风与桥梁的相互作用方式。
此外，桥梁所处的地形和环境条件也会对风致振动产生影响。
例如，峡谷地区的风场较为复杂，可能会增加桥梁的风荷载。
为了研究悬索桥的风致振动特性，通常采用风洞试验和数值模拟的方法。
风洞试验是将桥梁模型置于风洞中，模拟实际的风场环境，测量桥梁模型的风荷载和振动响应。
这种方法直观可靠，但成本较高，试验周期长。
数值模拟则是利用计算机软件建立桥梁的数学模型，通过求解流体力学方程来计算风与桥梁的相互作用。
数值模拟具有成本低、效率高的优点，但需要对模型进行合理的简化和验证。
在实际工程中，为了减小悬索桥的风致振动，通常采取一系列的抗风措施。
对于加劲梁，可以采用流线型的截面设计，减少风的阻力和漩涡脱落。
在主缆和吊索上设置阻尼器，可以消耗振动能量，降低振动幅度。
《风致振动简述》课件
案例二：聚集生产用厂房风致振动控制方法 探讨
探讨对聚集生产用厂房进行风致振动控制的方法和效果， 以案例为基础进行分析。
结论
1 风致振动的重要性和应对措施
总结风致振动的重要性，提出应对措施和建议，保障建筑物和人体的安全与健康。
2 未来发展趋势
2 横向方向振动
横向方向振动是指结构物或人体在风力作用下在水平方向上发生的振动。
风致振动的影响
对建筑物结构的影响
风致振动会对建筑物的结构造成损害，可能导致倒塌或功能受限。
对人体的影响
风致振动会对人体的健康和舒适性造成影响，可能引起不适和不安。
风致振动的监测与评估
监测方法详细介绍
了解风致振动的监测方法，包括使用传感器、数据采 集和分析等技术。
展望风致振动领域的未来发展趋势，包括新技术和方法的应用。
《风致振动简述》PPT课 件
风致振动简述 - 了解风对建筑物和人体造成的影响。
概述
什么是风致振动？
风致振动指的是风力引起的结构物或人体周围空气 流动引起的振动现象。
风致振动的来源和产生原因
风致振动的主要来源是风力对结构物产生的作用力 和结构物自身固有的振动特性。
振动分类
1 垂直方向振动
垂直方向振动是指结构物或人体在风力作用下在垂直方向上发生的振动。
评估标准和方法
介绍评估风致振动影响的标准和方法，包括国际和国 内相关标准。
风致振动控制
1
控制策，如增强结构刚度和减轻结构质量。
2
设计控制措施的流程
介绍设计风致振动控制措施的流程，从风环境评估到方案设计的全过程。
风致振动案例分析
案例一：大型建筑物风致振动监测和评估
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。
风致振动对桥梁结构的危害及防护措施
【创新与发展】住宅与房地产2019年6月风致振动对桥梁结构的危害及防护措施董芳路（重庆交通大学土木工程学院，重庆 400041）摘要：近年来，桥梁风害问题备受关注，动力作用下的风致振动对桥梁破坏的问题尤为严重。
文章重点主要分析了风致振动的几种振动类型，以及其对桥梁的危害，明确其破坏机理、振动成因，阐述预防措施。
关键词：风致振动；振动类型；破坏机理；防护措施中图分类号：U447 文献标志码：A 文章编号：1006-6012（2019）06-0274-01风灾害这一问题的严重性越来越引起了世界各地的重视，尤其是桥梁的风灾问题愈发的严重，从20世纪开始世界各地桥梁风毁事故就频繁发生，直到今天也没有完全彻底地解决，攻克这个问题刻不容缓。
1 风致振动概述1.1 风致振动的研究背景近几十年来国内外都致力于从桥梁风致振动方面来研究桥梁风灾，风的动力和静力作用使得桥梁结构发生不同程度的振动，使其发生破坏。
其影响是巨大的，各国科研人员通过风洞试验来研究其动力特性和振动规律。
1.2 风对桥梁的动力作用风的动力作用的荷载，以脉动风来命名，脉动风是指风的大小及它的作用方向随着时间的变化而变化，发生周期随机，运动方式是不规则的。
其风致振动的形式也是多种多样。
有颤振、抖振、驰振、涡振[1]。
（1）颤振。
颤振是一种强迫式振动，是一种自激发散式振动，桥梁的桥面通过外界气流的反馈作用不断向外界吸收能量，使得桥梁振幅不断扩大，结构自身的机械阻尼无法完全消耗外部施加的能量，也就使得扭转角不断增大，使其振幅发散式增大，最终达到破坏。
在国外很早研究的塔科马特大桥是颤振而发生的破坏。
（2）驰振。
驰振类似于颤振，也是一种自己发散振动，属于强迫式振动。
驰振针对的对象非圆形截面的钝体结构而言的，一般钝体结构的横截面是具有棱角的方形或者是类似于方形的长方形。
也是不断向外界吸收能量，在结构阻尼力无法消耗时，使其振幅不断扩大，是横风向单自由度弯曲自激发散振动[2]。
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。
桥梁结构风致振动及其控制措施分析研究
分， 桥梁一旦遭受风灾影响造成损伤或破坏 ， 带来 的 后果将十分严重 。而近年来 由风荷载作用引起的结 构 破坏 亦屡 见不 鲜 。因此 ， 过 对 大跨 度 桥 梁 的抗 通
都低 于静 力失 稳 的发散 风速 ， 而对 静 风 荷载 作 用 因 下 大跨 径桥梁 极 限承载力 问题 的研 究开 展较 晚。２ ｏ
世纪 ７ ０年代之后 ， 才在许多风洞试验 中发现了静力 扭 转发 散 的现 象 。静 风失 稳现 象发 生给 未来超 大跨 径 的缆 索承重 体系桥 梁结 构 的空气 静力稳 定性发 出 了警戒信号。大跨度桥梁的空气静力失稳 问题亦逐 渐 引起 了各 国桥梁界 的重 视 ， 目前还不 完善 。 但
合 国的统 计 资 料 指 出 ： 约 半 数 以上 的 自然 灾 害 与 “ 风有关 ”… 。作 为 城 市 生 命 线 工 程 的重 要 组 成 部
平 均 风所 产 生 的静 荷 载 简称 静力 风荷 载 ， 风 静
荷 载有 可能导 致结构 静力 失稳 。其 现象 就是结构 在
给定风速作用下， 主梁发生弯曲和扭转 ， 会改变结构 的刚度 ， 亦会 改变静 风荷 载 的大小 ， 并在 同时增 大结
从 工程 抗 风设 计 角度 ， 以把 自然 风 分解 为 不 可 随时 间变化 的平 均风 和随 时间变 化 的脉动风 两部 分 来进行 分 析 Ｊ 。平 均风 是 在 给 定 的 时 间 间隔 内 ， 将
益 ， 同时也 给结 构设 计 和 施 工安 全 提 出 了更 高 的 但
要求 ， 桥梁 的抗 风抗 震 性 能也 面临 前 所 未 有 的考 而
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。
桥梁结构的振动分析
桥梁结构的振动分析桥梁作为重要的交通工程设施，承担着道路、铁路等交通运输的重要任务。
然而，在桥梁使用过程中，会遇到各种自然、人为因素引起的振动问题。
因此，对桥梁结构的振动进行准确分析和评估，对于确保桥梁的安全性和稳定性具有重要意义。
一、振动类型及特点桥梁结构的振动类型可以分为自然振动和强迫振动两种。
自然振动是指桥梁在受到外力作用下所产生的固有频率振动。
桥梁结构具有多个振动模态，每种模态都对应着不同的固有频率。
通过对桥梁结构进行模态分析，可以确定不同频率下的振动模态及其振型，并对其进行评估。
强迫振动是指桥梁在外力作用下发生的非自由振动。
外力包括风、交通荷载、地震等。
这些外力作用于桥梁结构时，会引起桥梁结构的振动响应。
通过对桥梁结构的响应分析，可以评估桥梁在不同条件下的振动响应情况，从而判断桥梁是否满足振动性能要求。
二、振动分析方法在桥梁结构振动分析中，常用的方法包括模态分析、频率响应分析和时程分析。
1. 模态分析模态分析是通过求解桥梁结构的固有振动特性，得到桥梁的振动模态及其固有频率。
通过模态分析可以判断桥梁的固有振动特性，了解桥梁的振动模态及其影响因素，为后续的响应分析提供基础数据。
2. 频率响应分析频率响应分析是利用桥梁结构的模态参数，分析桥梁在外力作用下的振动响应。
通过频率响应分析，可以评估桥梁在不同荷载条件下的振动响应情况，确定振动幅值、位移响应等参数，判断桥梁的安全性。
3. 时程分析时程分析是采用实测的交通荷载、地震波等真实载荷数据，分析桥梁在时变载荷作用下的振动响应。
时程分析可以更为真实地反映桥梁在实际使用条件下的振动响应情况，对于振动响应较为敏感的桥梁结构尤为重要。
三、振动分析的影响因素桥梁结构的振动响应受到多种因素的影响，包括桥梁的几何形状、材料特性、边界约束条件等。
1. 桥梁的几何形状桥梁的几何形状会影响桥梁结构的振动特性。
比如，跨度大的桥梁通常具有更低的固有频率，而拱桥则具有较低的纵向振动频率。
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。
风致振动简述讲义课件
04
风致振动的预防与控制
风致振动的监测技术
风速监测
通过风速传感器实时监测风速， 了解风致振动发生时的风速条件
。
振动监测
在建筑物或设施的关键部位安装振 动传感器，监测风致振动产生的振 动响应。
数据采集与处理
利用数据采集系统对传感器数据进 行采集，并通过信号处理技术对数 据进行处理和分析，提取风致振动 的特征信息。
风致振动的控制方法
改变建筑物或设施的形状和结构
01
通过优化设计，降低建筑物或设施对风的敏感性，减少风致振
动的发生。
增加阻尼减震装置
02
在建筑物或设施中安装阻尼器、减震器等装置，吸收和消耗振
动能量，减小振动响应。
改变运行方式
03
通过调整建筑物或设施的运行方式和规律，降低其对风的敏感
性，减少风致振动的发生。
桥梁风致振动
总结词
桥梁风致振动是指由于风的作用导致桥梁产生的振动现象。
详细描述
桥梁作为重要的交通基础设施，其安全性至关重要。桥梁风致振动是桥梁设计中的重要问题之一，由 于风的作用可能导致桥梁的振动和摇晃，长期下来可能造成结构的疲劳和损伤。为了确保桥梁的安全 使用，工程师需要充分考虑风致振动的影响，采取有效的措施进行设计和加固。
电力系统风致振动
总结词
电力系统风致振动是指由于风的作用导 致电力系统产生的振动现象。
VS
详细描述
电力系统是国家经济发展的重要基础设施 之一，其稳定性和可靠性至关重要。风致 振动可能对电力系统的正常运行产生影响 ，如线路的摇晃和相位的偏移等。为了确 保电力系统的稳定运行，工程师需要充分 考虑风致振动的影响，采取有效的措施进 行预防和应对。
风致振动的数学模型
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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
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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)
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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
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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 )
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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
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第二节 气动参数识别
物理风洞试验方法 识别方法 数值风洞试验方法(CFD方法) 2.1 断面流迹显示 (1) 烟雾照相 (2) 数值模拟 2.2 Strouhal数识别 (1) 尾流涡脱卓越频率测量 (2) CFD数值模拟计算
1 2
升力矩系数 : CM =
1 2
ρU 2 ⋅ B 2
FM
dCM , dα
三分力系数也可表示成体轴系数座标，Cy, Cz和C M
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2.4 气动导数识别
(1) 节段模型测振试验 (2) CFD数值模拟计算
升力方向 : H i* (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6 ) 阻力方向 : Pi* (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6 ) 升力矩方向 : Ai* (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6 )
α
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1.2 阵风风速
U g ( z ) = GvU d ( z )
Gv — 阵风因子, 可按有关规范或风环境 风洞试验确定 . : 1.16 ~ 1.56. 《公路桥梁抗风设计规 范》
1.3 紊流强度
σu Iu = — 可按规范确定特征高度的数值 U σv Iv = — 按I v = 0.88I u U σw Iw = — 按I w = 0.5I u U
∴
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小结
设计风速定义 气动参数识别 动力特性分析 静风性能检验 风振性能检验 抗风性能改善 抗风设计发展
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学期结束工作布置
博士研究生：读书报告＋课程作业 + 期终考试 读书报告：12月29日08:30 桥梁馆204室10min报告、5min提问 同时提交5~10千字书面读书报告 硕士研究生：课程作业＋期终考试 作业：共4次 成绩：30% + 70% 期 终 考 试： 2012年1月9日10:00~11:40 校本部彰武路北大楼401室
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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
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第一节 设计风速定义
U ( z,t ) = U ( z ) + u ( z,t )
U — 平均风速 ， 随机变量 u — 脉动风速 ， 随机过程
1.1平均风速
z U d (z ) = U R z R α — 地表粗糙度指数 z R — 参考风速离地高度 U R — 参考风速
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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
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第七节 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
St = fB U
等压线、等速线、表面粒子
同济大学土木工程防灾国家重点实验室、桥梁工程系
2.3 静力系数识别
(1) 节段模型测力试验 (2) CFD数值模拟计算
ρU 2 ⋅ B dC L 升力系数 : C L = , FL dα
1 2
ρU 2 ⋅ B dC D 阻力系数 : C D = , FD dα
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Байду номын сангаас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
同济大学土木工程学院桥梁工程系
高等结构动力学
主讲教师：葛耀君 博士 教授 曹曙阳 博士 教授
同济大学 土木工程防灾国家重点实验室 桥梁工程系
同济大学土木工程学院桥梁工程系
第十二章 桥梁风致振动分析
第一节 设计风速定义 第二节 气动参数识别 第三节 动力特性分析 第四节 静风性能验算 第五节 风振性能检验 第六节 抗风性能改善 第七节 抗风设计发展
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1.4 脉动风谱 nS u (n )
水平来流 : 垂直方向 : u
2 *
=
200 f (1 + 50 f )5 / 3
( Simiu谱) ( Panofsky谱)
nS w (n ) 6f = 2 u* (1 + 4 f )2
1.5 相关函数
λf∆r 空间相关性 : γ ( f , ∆r ) = exp − U d f — 特征频率 ∆r — 空间相对位置坐标
同济大学土木工程防灾国家重点实验室、桥梁工程系
谢谢大家！