大跨度橋梁風(fēng)致振動(dòng)研究概述

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1、大跨度橋梁風(fēng)致振動(dòng)研究概述大跨度橋梁風(fēng)致振動(dòng)研究概述大跨度橋梁風(fēng)致振動(dòng)研究概述大跨度橋梁風(fēng)致振動(dòng)研究概述大跨度橋梁風(fēng)致振動(dòng)研究概述大跨度橋梁風(fēng)致振動(dòng)研究概述大跨度橋梁風(fēng)致振動(dòng)研究概述一,大跨度橋梁風(fēng)致振動(dòng)研究概述廖海黎周述華———————～———_,—一(土木學(xué)院橋梁及結(jié)構(gòu)工程系)【摘要】本文衙述大跨度橋梁風(fēng)致振動(dòng)的研究方法,研究現(xiàn)狀及我校的研究概況并提出今后需開展的主要研究方向.【美t詞】大跨度橋橋梁抗風(fēng),———●--‘-～—’—.一1引言風(fēng)致振動(dòng)近年來,隨著技術(shù)的進(jìn)步.我國的大跨度橋梁不僅在公路建設(shè)中,同時(shí)也在鐵路建設(shè)中得到了令人鼓舞的發(fā)展.橋梁跨度的不斷增大,使得以往在中,小

2、跨度橋梁中并不突出的抗風(fēng)問題變得越來越重要.在某些條件下,甚至成為控制橋梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素.橋梁風(fēng)工程作為研究橋梁風(fēng)致效應(yīng)并為橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供理論及試驗(yàn)依據(jù)的新興邊緣學(xué)科,在工程建設(shè)中發(fā)揮著日益重要的作用.橋梁結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)穩(wěn)定性及各種類墨的風(fēng)致振動(dòng),是橋梁風(fēng)工程研究所關(guān)注的主要問題.盡管美國塔科馬大橋風(fēng)毀事故發(fā)生后的半十多世紀(jì)來,橋梁風(fēng)工程研究巳取得了長足的進(jìn)步,對(duì)于諸如顫振等具有毀滅性的風(fēng)振事故具備了有效的預(yù)測及預(yù)防手段,但國內(nèi)外橋梁因其它風(fēng)致振動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)整體或局部的風(fēng)害事故至今仍時(shí)有發(fā)生.這一方面是由于科技發(fā)晨水平所限,對(duì)某些問題的解決尚無良策}另一方面,也不能排除因技術(shù)決策者對(duì)

3、風(fēng)的危害估計(jì)不足所致.對(duì)于大跨度橋梁審慎地進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì),不僅可以最大限度地避免橋梁在藏工及運(yùn)營階段發(fā)生與風(fēng)有關(guān)的重大工程事故,也有助于加快工程進(jìn)度和節(jié)約開支,從而獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益.2橋梁風(fēng)致振動(dòng)的研究方法縮尺模型風(fēng)洞試驗(yàn),理論分析和足尺測量是進(jìn)行橋粱風(fēng)致振動(dòng)研究的三十基本途徑,由于橋梁風(fēng)致振動(dòng)涉及到的鈍體空氣動(dòng)力學(xué)及流固耦臺(tái)問蘑的復(fù)雜性,目前尚難以完全依賴?yán)碚撚?jì)算解決各種類型的風(fēng)致撩動(dòng)問題,風(fēng)洞模型試驗(yàn)是研究橋梁風(fēng)致振動(dòng)最基本的手段.采用縮尺模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn),能夠再現(xiàn)實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的各種風(fēng)致響應(yīng).尤其在三維流動(dòng)效應(yīng)明顯的情況下.它具有目前理論計(jì)算方法無法替代的優(yōu)勢.此外.模型

4、試驗(yàn)還被用于測定結(jié)構(gòu)斷面的氣動(dòng)力參數(shù),以便為理論計(jì)算提供依據(jù).模型試驗(yàn)除要求模型滿足相似律之外.還要求對(duì)大氣邊界層風(fēng)場進(jìn)行良好的模擬.后者的實(shí)現(xiàn)較前者難度更大.經(jīng)過數(shù)十年的努力,對(duì)于太跨度橋梁的顫振.抖振等.已建立了比較成熟的計(jì)算分析理l7,‘},-’.,一—————,————論及方法.理論分析方法有助于對(duì)橋梁風(fēng)振的內(nèi)在機(jī)制及特征作深人研究,能夠?qū)⒀芯糠秶卣沟侥Ｐ驮囼?yàn)不易實(shí)現(xiàn)的眾多工況,還能獲取結(jié)構(gòu)響應(yīng)更為詳盡的信息.有鑒于此,目前,國內(nèi)外關(guān)于橋梁風(fēng)致振動(dòng)的研究,多采用模型風(fēng)洞試驗(yàn)(包括節(jié)段模型試驗(yàn)和氣彈模型試驗(yàn))與理論分析相結(jié)合,相互補(bǔ)充,相互校驗(yàn)的方法進(jìn)行.此外,對(duì)橋位處風(fēng)環(huán)

5、境和風(fēng)特性進(jìn)行測量,對(duì)已建成橋梁的風(fēng)致振動(dòng)進(jìn)行測量,可為風(fēng)致振動(dòng)研究提供最為可靠的資料.可惜國內(nèi)在這方面做的工作極為有限.3我校的研究概況我校工業(yè)風(fēng)洞(XNJD1)自1992年投人使用以來,在科學(xué)研究,學(xué)科建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用我校在橋梁風(fēng)致振動(dòng)理論,非定常氣動(dòng)力測量與辨識(shí),自然風(fēng)場數(shù)值模擬,大氣邊界層物理模擬,斜拉索風(fēng)(雨)振動(dòng)機(jī)理研究,鈍俸繞流數(shù)值計(jì)算,橋梁風(fēng)振控制等方面開展了深人的工作,在橋梁風(fēng)工程的某些方面已走在國內(nèi)前列.在這些工作的基礎(chǔ)上,我校已為國內(nèi)外二十余座大跨度橋梁進(jìn)行了風(fēng)工程研究.其中包括具有重要影響的汕頭海灣大橋,虎門大橋,西陵長江大橋,江陰長江大橋

6、,廈門海滄大橋【圖1),武漢二橋和武漢三橋等;還包括迄今最大跨度的公鐵兩用斜拉橋蕪湖長江大橋,廣深高速鐵路虎跳門大橋(圖2)等.我校作為主持單位完成的汕頭海灣大橋抗風(fēng)試驗(yàn)研究已通過部級(jí)鑒定,鑒定認(rèn)為該研究”在總體上達(dá)到了國際先進(jìn)水平”.該成果獲1997年度鐵道部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng).18罔1廈門海滄大嬌氣彈換型風(fēng)}1.1試驗(yàn)f虎跳1J上橋施工狀忐彈摸型風(fēng)洞試驗(yàn)4今后需開展的研究工作雖然目前對(duì)橋梁風(fēng)致振動(dòng)的研究能力可滿足橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)的基本要求,但遠(yuǎn)未達(dá)到完善的程度.大氣邊界層的物理模擬是模型試驗(yàn)相似性的重要方面,目前國內(nèi)外基本上是采用被動(dòng)方法進(jìn)行模擬,要想使紊斑強(qiáng)度,紊流尺度及紊流譜等重要

7、指標(biāo)均滿足要求是非常困難的,近年來國外采用計(jì)算機(jī)控制的主動(dòng)模擬方法,較好地實(shí)現(xiàn)了二維紊流風(fēng)場的物理模擬.關(guān)于橋梁顫振分析,在強(qiáng)紊流條件下尚未建立有效的理論分析方法.在橋梁抖振分析方面,無論是譜分析方法或是時(shí)域分析方法,所給出的響應(yīng)預(yù)測往往不能令人滿意,其重要因素之一是缺乏有效的獲取空氣動(dòng)力導(dǎo)納函數(shù)的方法,對(duì)于橋梁的渦激振動(dòng)的預(yù)測,尚未建立有效的分析模型,主要困難在于如何獲取非線性非定常氣動(dòng)力.斜拉橋拉索的風(fēng)(雨)致振動(dòng)是近年橋梁工程中較為突出的風(fēng)害現(xiàn)象之一.國外已投人