风荷载对桥梁结构的作用效应研究

２ ０ １ ３ 年２ 月
山 西 建 筑
仅具 有静力作用 ， 而且具有动力作用 。
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ａ） 风 速 实 测 记 录
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２ ． ９ Ｏ Ｅ 一０ ８
０ ． ０ ０ Ｅ ＋０ ０ Ｏ ． Ｏ Ｏ Ｅ ＋ｏ ｏ
路Hale Waihona Puke 交通科技 ， ２ ０ ０ ５ （ ２ ） ： ９ １ － ９ ２ ．
横桥向长度／ ｍ
１ ． ７ ４
顺桥 向长度／ ｍ
２ ． ２ ｌ
桩 间距／ ｍ
４ ． ２ １
关键词 ： 风荷载 ， 桥梁， 振动 中图分 类号 ： Ｕ ４ ４ ２ ． ５ 文献标识码 ： Ａ
众所周知 ， 大跨度桥梁是一种 在风荷 载作用下 容易产 生变形 其周期往往 只有几秒至几十秒 。由实 测数据可 知 ， 第 一部分 的长
和振动 的柔性结 构 ， 且这些 桥梁 一般 会修 建在 江河 、 海 峡等 风速 周期远离一般结 构物 的 自振周期 ， 其 作 用属于 静力性 质 ； 第 二 部
桩长／ ｍ
６ ． ６ ７
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ － １ １ — １ ４ 作者简介 ： 马 骏（ １ ９ ８ １ 一） ， 男， 工程师 ； 唐洪亮（ １ ９ ８ ０ 一） ， 男， 工程师 ； 王少钦 （ １ ９ ８ １ 一） ， 女， 讲师
・
１ ７ ４・
第３ ９卷 第 ４期
粪 。
一
ｂ） 平 均 风 速
１ ０
Ｌ — — — — — Ｌ ． — — — — — — — — — — — — — — — — — — — ． — 上 ． — — — — 一
时 间Ｉ ｓ
图 ２ 风速实测记录
在工程实际应用中 ， 通 常将 风荷载分 为静力 风与脉 动风两部 分的叠加 ， 分别考虑它们对桥梁结构的作用 ， 忽略平均风和脉动风 所引起 的风致振动之间 的相 互作用不会带 来明显 的分析误 差 ， 但 可使 分析简单可行 。
图 Ｉ 风毁 的 Ｔ ａ ｃ ｏ ｍａ Ｎａ ｒ ｒ ｏ ｗ ｓ 悬索桥
１ 风 荷载 的特 性
当气流绕过非 流线型截面的桥梁结构 时 ， 会产生 流动和涡 旋 图 ２为某一风速实 测记 录 ， 从 图 ２中可 以看 出 ， 风 速 由两部 的分离 ， 形 成复杂的空气作用力。当桥梁结构的刚度较大时 ， 结构
［ １ ］ 徐君 兰， 顾 安邦． 连 续刚构桥 主墩 刚度合 理性的探 讨 ［ Ｊ ］ ． 公
（ 转角 ） ／ ｔ ａ ｄ
０ ． ０ ｏ Ｅ ＋０ ０
２ ． Ｏ Ｏ Ｅ 一０ ８ ６ ． Ｏ Ｏ Ｅ 一０ ９
６ （ 水平 ） ／ ｍ
０ ． ０ ０ Ｅ ＋０ ｏ
３ ． ３１ Ｅ 一０ ７ ２ ． Ｏ Ｏ Ｅ —Ｏ ８
较大 的区域 ， 因此合 理地 进行 大跨 度桥 梁 的抗风设 计 ， 是桥 梁 结 分则与结构物的自振周期比较接近 ， 因此其作用属于动力的【 。
构设计 时除 了强 度 、 刚度 、 稳 定性 计算 外 的另外一 项必 不 可少 的
重要 内容 。 风致桥梁病害是多方面 的， 桥 面振 动有可能导致 交通 中断 ， 还 会导致桥梁 的部分 构件过早 产生疲 劳破坏 ， 严重者 还可 能造成 桥 毁人亡的惨 剧。１ ９ ４ ０年 ， 美 国华 盛顿州 新建 成 的 Ｔ ａ ｃ ｏ ｍａ Ｎ ａ ｒ ｒ ｏ ｗ ｓ 悬索桥 ， 在不 到 ２ ０ ｍ ／ ｓ的风速作 用下发生了强烈 的振动并导致破 坏（ 见图 １ ） ， 震惊 了桥梁工程界 ， 成为现代桥梁抗风研究的起点 口 Ｊ 。
风 荷 载 对 桥 梁 结 构 的 作 用 效 应 研 究
马 驶 唐 洪 亮 王 少钦
（ １ ． 中交公路规 划设计 院有 限公 司， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ８ ； ２ ． 北京建筑工程学院理学院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ４ 】
摘 要： 对风荷载 的特 性进行 了介绍 ， 着重分析 了其对桥梁结构 的静力及 动力作用效应 ， 介绍 了进行风荷载模拟所 采用的方 法 ， 并 分别计算 了静风荷载及脉动风荷 载对桥 梁结构的影响 ， 充 分验 证 了风荷载对桥梁 结构 的动力作用不容忽视。
第３ ９卷 第 ４期 ２ ０ １ ３年 ２ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ ＨＩ Ｔ ＥＣ Ｔ ＵＲＥ
Ｖｏ １ ． ３ ９ Ｎｏ． ４
Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０１ ３
・１ ７３ ・
文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ １ ７ ３ — ０ ３
分组成 ： 第一部 分的周期 大小一般 在 １ ０ ａｉ ｒ ｎ以上 ， 为长 周期 部分 会保持静止不动 ， 这种 空气 力作 用 只相 当于静力作 用 ， 而 当桥梁 （ 见图 ２ ｂ ） ） ； 另一部分 为短周期 部分 ， 是在 图 ２ ｂ ） 基础上 的波 动 ， 结构的刚度较小 时， 结构的振动会得到激发 ， 这时的空气作用力不 预应 力混凝土桥梁 设计 规 范第 ８ ． ２ ． １条 ， 考 虑 了桩土 相互 作 用 ， 小桥墩 的刚度 ， 桥 墩采用双肢薄壁墩 。桩基模拟应 考虑桩 土相互
群桩基 础的等效 刚度 ， 对桩 基尺 寸进行 刚度 等效 模拟 ， 桩 基具 体 作 用 ， 对群桩基础 进行 刚度等效模拟 。 尺寸详 见表 ３ 。 参考文献 ：
表 ３ 下部群桩基础刚度等效模拟结果
单位 力
Ｆ＝１ ｋ Ｎ
Ｈ＝１ ｋ Ｎ Ｍ ＝ｌ ｋ Ｎ －ｍ
ｂ ） 竖向风速时程曲线
图 ３ 桥 梁跨 中节点脉动风速时程 曲线