淺談橋梁抗風(fēng)研究

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1、淺談橋梁抗風(fēng)研究摘要：隨著越來越多橋梁因風(fēng)致振動(dòng)而產(chǎn)牛破壞和倒塌，風(fēng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響越來越受到橋梁工作者的重視，主耍介紹了橋梁抗風(fēng)的發(fā)展研究現(xiàn)狀，風(fēng)對(duì)橋梁的荷載的分類，橋梁抗風(fēng)的常用措施及在抗風(fēng)方面有待提高的方面，為橋梁相關(guān)研究提供參考。關(guān)鍵詞：橋梁抗風(fēng)；風(fēng)致振動(dòng)；動(dòng)力作用Abstract:Asmoreandmorebridgesdamageandcollapseduetowind-inducedvibrationandtheinfluenceofwindonthebridgestructure,moreandmorebridgesattention,mainlyintroduce

2、dtheresearchanddevelopmentstatusofbridges,windloadonthebridgeoftheclassificationofthecommonlyusedmeasures,bridgesandneedtobeimprovedinthewind,toprovidereferenceforresearchofbridge?Keywords:bridge;wind-inducedvibration;dynamicaction中圖分類號(hào)：K928.78文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：一、橋梁抗風(fēng)發(fā)展過程、研究方法和現(xiàn)狀對(duì)于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)來說，風(fēng)荷載是主要的控制

3、荷載Z-,有時(shí)它直接關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的安全。早期人們對(duì)于風(fēng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)僅僅限于風(fēng)対橋梁結(jié)構(gòu)的靜力荷載作用，1940年秋，美國華盛頓州建成才四個(gè)月的塔科馬懸索橋在8級(jí)大風(fēng)僅（17-20m/s）的作用下就發(fā)生了強(qiáng)烈的風(fēng)致振動(dòng)并最終倒塌的嚴(yán)重事故。在這一申件的推動(dòng)下，橋梁工程師和空氣動(dòng)力學(xué)家開始意識(shí)到橋梁風(fēng)致振動(dòng)問題。目前對(duì)橋梁風(fēng)致振動(dòng)的研究方法主要有四類：理論分析、風(fēng)洞試驗(yàn)、數(shù)值模擬和現(xiàn)場觀測。本文主要介紹橋梁風(fēng)工程中的理論分析、風(fēng)洞試驗(yàn)、數(shù)值模擬這三種方法。1.1理論分析根據(jù)荷載的表達(dá)方式不同，風(fēng)致振動(dòng)分析理論主要冇頻域分析和時(shí)域分析。在頻域內(nèi)分析橋梁結(jié)構(gòu)顫振的理論有經(jīng)典耦合顫振理

4、論、分離流顫振理論和多模態(tài)顫振理論。經(jīng)典耦合顫振理論最早是Bleich用Theodorsen的平面薄翼理論研究懸索橋顫振而發(fā)展起來的，該理論以Theodorsen自激力模型為基礎(chǔ)。在時(shí)域內(nèi)分析橋梁結(jié)構(gòu)抖振的理論有Davenport抖振分析理論、Scanlan抖振分析理論、Scanlan多模態(tài)抖振理論。Davenport于20世紀(jì)60年代研究了橋梁結(jié)構(gòu)的抖振問題，他運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)的方法和隨機(jī)振動(dòng)理論建立了柔性細(xì)長結(jié)構(gòu)的湍流抖振響應(yīng)分析模型，并給出了抖振力模型。Davenport抖振分析理論認(rèn)為風(fēng)速的脈動(dòng)決泄了風(fēng)荷載的統(tǒng)計(jì)特性，柔性細(xì)長結(jié)構(gòu)的陣風(fēng)響應(yīng)可以通過模態(tài)疊加求得。Davenpor

5、t對(duì)抖振分析的重要貢獻(xiàn)是在功率譜中引入氣動(dòng)導(dǎo)納來修正按準(zhǔn)定常氣動(dòng)力模型計(jì)算的誤差，，引入聯(lián)合承受函數(shù)來描述氣動(dòng)力沿橋跨方向的相關(guān)性。1.2風(fēng)洞試驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)模型風(fēng)洞試驗(yàn)可分為節(jié)段模型試驗(yàn)、全橋模型試驗(yàn)、拉條模型試驗(yàn)；按照懸掛方式的不同，節(jié)段模型試驗(yàn)可以分為剛性懸掛節(jié)段模型試驗(yàn)、強(qiáng)迫振動(dòng)節(jié)段模型試驗(yàn)、自由振動(dòng)節(jié)段模型試驗(yàn)、彈性懸掛節(jié)段模型試驗(yàn)。1.3數(shù)值模擬數(shù)值模擬是應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)方法(CFD)模擬氣流經(jīng)過橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)結(jié)構(gòu)周I韋I的流場分布情況并求解結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)荷載。這是近幾十年發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及與應(yīng)用能力的提高，數(shù)值模擬技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，可用于

6、橋梁結(jié)構(gòu)空氣動(dòng)力參數(shù)研究的計(jì)算流體力學(xué)方法有多種，如有限體積法、有限元法、有限差分法、離散渦方法。數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性依賴于對(duì)實(shí)際問題建立正確的數(shù)學(xué)模型和算法。目前，對(duì)于氣動(dòng)彈性分析的數(shù)字模擬技術(shù)，在二維模型和均勻來流條件下的計(jì)算比較成熟，正在向三維模型、紊流風(fēng)場和高雷諾數(shù)方向發(fā)展。計(jì)算流體力學(xué)的商業(yè)軟件比較多，如CFX軟件、PHOENTCS軟件、FLUNET軟件等等。二、風(fēng)荷載分類2.1風(fēng)的靜力作用靜力作用指風(fēng)速屮由平均風(fēng)速部分施加在結(jié)構(gòu)上的靜壓產(chǎn)生的效應(yīng)，可分為順風(fēng)向風(fēng)力、橫風(fēng)向風(fēng)力和風(fēng)扭轉(zhuǎn)力矩。在順風(fēng)平均風(fēng)的作用下，結(jié)構(gòu)上的風(fēng)壓值不隨時(shí)間發(fā)生變化，作用與橋梁上的風(fēng)力可

7、能來自任一方向，其中橫橋向水平風(fēng)力最為危險(xiǎn)，是主要的計(jì)算對(duì)象。它所造成的橋梁破壞的特點(diǎn)主耍是強(qiáng)度破壞或過大的結(jié)構(gòu)變形。在橋梁的靜風(fēng)作用分析中，通常將風(fēng)荷載換算成靜力風(fēng)荷載，作用在主梁、塔、纜索、吊桿等橋梁構(gòu)件上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析。1.2風(fēng)的動(dòng)力作用一個(gè)空間結(jié)構(gòu)的橋梁振動(dòng)體系在近地紊流風(fēng)作用下的空氣彈性動(dòng)力響應(yīng)是許多因素共同作用的結(jié)果，大致可分為兩大類。一類是在平均風(fēng)作用下，振動(dòng)的橋梁從流動(dòng)的風(fēng)中吸收能量，產(chǎn)生自激振動(dòng)，如彎扭藕合的古典顫振、扭轉(zhuǎn)顫振、馳振、渦激振。另