臺(tái)風(fēng)下斜拉橋風(fēng)致振動(dòng)和動(dòng)力特性分析

1、臺(tái)風(fēng)下斜拉橋風(fēng)致振動(dòng)和動(dòng)力特性分析閔志華，孫利民，淡丹輝（同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室，上海200092）摘要：基于東海大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到的斜拉橋在“羅莎”臺(tái)風(fēng)下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)和環(huán)境因素的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了臺(tái)風(fēng)的風(fēng)特征、 風(fēng)致結(jié)構(gòu)振動(dòng)和風(fēng)荷載下的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的變化。結(jié)果表明隨著風(fēng)速的增加，風(fēng)的紊流強(qiáng)度是逐漸降低的。隨著風(fēng)速的增大，結(jié) 構(gòu)的豎向、橫向和扭轉(zhuǎn)加速度是逐漸增大的?；谛〔ㄗ儞Q和奇異值分解得到在臺(tái)風(fēng)期間的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)，同時(shí)對(duì)比分析了臺(tái)風(fēng) 下的結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)和低風(fēng)速下的結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。在臺(tái)風(fēng)作用下，結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率隨著風(fēng)速的增加而降低，模態(tài)阻尼比隨著風(fēng) 速的增加變化不明顯。關(guān)鍵詞：臺(tái)

2、風(fēng)；模態(tài)參數(shù)；斜拉橋；健康監(jiān)測(cè)中圖分類號(hào)：0329, tu311文獻(xiàn)標(biāo)示碼：a 文章編號(hào)：0253-374x（2009）09-analysis of wind-induced response and dynamic properties of cable-stayed bridgeunder typhoonmin zhihua sun lunin dan danhui(state key laboratory for disaster reduction in civil engineering, tongji university, shanghai 200092, china)abstr

3、act： based on structural health monitoring system of donghai bridge, the cable-stayed bridge response and environmental factors were measured during the typhoon krosa. the characteristics of typhoon, wind-induced response and structural modal parameters variation were analyzed. the results demonstra

4、ted that the turbulence intensity was increasing with the wind speed increasing. the wind induced response also increased when the wind speed increased. the structural modal parameters during typhoon were identified by the method of wavelet transform and singular value decomposition, and the modal p

5、arameters during the typhoon also were compared with that under the condition of low wind speed. influenced by typhoon, structural modal frequencies were decreased and the modal damping ratios were not changed significantly when the wind speed increased.keywords: typhoon; modal parameters; cable-sta

6、yed bridge; structural health monitoring橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)受到環(huán)境因素（溫度、 車(chē)流荷載、風(fēng)和雨）等影響，其動(dòng)力特性會(huì)發(fā)生改變, 在某些情況下，由于環(huán)境因素引起的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的 改變會(huì)大于由結(jié)構(gòu)損傷引起的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的改變。 作者對(duì)東海大橋主航道斜拉橋一年的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)數(shù) 據(jù)和相應(yīng)的環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了分析，通過(guò)相干性和 相關(guān)性分析揭示了在一年內(nèi)環(huán)境溫度和結(jié)構(gòu)的加速度 均方根（root mean square, rms,表征振動(dòng)水平）是 影響結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)變化的主要因素，但在短暫的強(qiáng)風(fēng) 期間風(fēng)荷載會(huì)較為明顯地改變結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，為 了能對(duì)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)

7、確的評(píng)估，需要對(duì)結(jié)構(gòu)在強(qiáng) 風(fēng)下的狀態(tài)特性進(jìn)行專門(mén)分析。fujino等通過(guò)對(duì)日本 的白鳥(niǎo)大橋兩周的測(cè)試數(shù)據(jù)分析了結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)隨 著風(fēng)速的改變。li等分析了 4幢高層建筑在臺(tái)風(fēng)下 的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，并對(duì)風(fēng)致結(jié)構(gòu)振動(dòng)和結(jié)構(gòu)的舒適性進(jìn)行 了評(píng)價(jià)。xu等為了驗(yàn)證斜風(fēng)荷載引起的結(jié)構(gòu)抖振的 計(jì)算方法，對(duì)臺(tái)風(fēng)作用下的結(jié)構(gòu)的響應(yīng)進(jìn)行了分析卬。 己有的研究較多的是針對(duì)懸索橋和高層建筑，而對(duì)斜 拉橋在臺(tái)風(fēng)下的風(fēng)致振動(dòng)和動(dòng)力特性影響的研究卻不 多。本文基于東海大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量得到的在臺(tái) 風(fēng)“羅莎”下的主航道斜拉橋的結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)和風(fēng)環(huán) 境數(shù)據(jù)，分析臺(tái)風(fēng)的風(fēng)特征、風(fēng)致結(jié)構(gòu)振動(dòng)及強(qiáng)風(fēng)引 起的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的改變。1東海大橋主

8、航道斜拉橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)東海大橋是我國(guó)第一座真正意義上的跨海大橋， 工程起點(diǎn)為上海蘆潮港客運(yùn)碼頭，終點(diǎn)為浙江省峽泗 縣洋山深水港，線路總長(zhǎng)度約32km,其中大橋海上段收稿日期：2008-05-22基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目（），上海市科委''登山計(jì)劃”資助項(xiàng)目（），土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題基金-團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)項(xiàng)目 （sldrce-08-a-05）作者簡(jiǎn)介：閔志華（1982-），男，博士生，主要研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與狀態(tài)評(píng)估，e-mai 1:孫利民（1963），男，教授，博士生導(dǎo)師，工學(xué)博上，主要研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與振動(dòng)控制，e-mail：約28km。大橋

9、設(shè)主通航孔橋一座，為雙塔單索面半漂象，分析大橋在此期間的結(jié)構(gòu)特性變化。浮體系疊合梁斜拉橋，主塔為倒y型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 塔高150m,主跨420m,大橋南北走向，橋梁軸向約 為北偏東1. 18° o東海大橋作為上海國(guó)際航運(yùn)中心洋山深水港區(qū)重 要的配套工程，不僅是洋山深水港區(qū)的集裝箱陸路集 疏通道，也是港區(qū)水、電、通訊供應(yīng)的生命線，是將 外海的洋山港區(qū)與上海市區(qū)緊密相連的唯一通道。為 保證東海大橋交通暢通和提高大橋的維護(hù)管理水平， 東海大橋上安裝了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。大橋健康監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)將大橋分8個(gè)區(qū)段，共計(jì)478個(gè)傳感器。其中主 航道斜拉橋位于第5區(qū)段，安裝有169個(gè)傳感器，實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)大

10、橋的加速度響應(yīng)、位移響應(yīng)、風(fēng)速/風(fēng)向、大 氣溫度、結(jié)構(gòu)溫度、索力、結(jié)構(gòu)應(yīng)變，伸縮縫位移等 （見(jiàn)圖1）。主橋主梁布設(shè)了 14個(gè)豎向加速度傳感器和7個(gè)橫 向加速度傳感器，分別布置在主跨的1/4、跨中和邊跨 的跨中，共計(jì)7個(gè)斷面。每個(gè)斷面對(duì)稱布設(shè)兩個(gè)豎向 加速度傳感器和一個(gè)橫向加速度傳感器，其傳感器布 設(shè)位置如圖1所示。在北塔塔頂和跨中橋面處分別布 設(shè)有風(fēng)速儀和氣象站對(duì)環(huán)境風(fēng)荷載進(jìn)行觀測(cè)。加速度 傳感器的采用頻率為50hz,風(fēng)速儀和氣象站的采樣頻 率為ihzo大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自2006年9月成功運(yùn)營(yíng)以來(lái)， 成功記錄了大橋的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)。在2007 年間，有數(shù)次臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)大橋，其中以10月8日

11、的“羅 莎”臺(tái)風(fēng)為最大風(fēng)荷載。本文選用“羅莎”為分析對(duì)2臺(tái)風(fēng)特點(diǎn)分析2007年第16號(hào)熱帶風(fēng)暴“羅莎”，于10月2日 08時(shí)在菲律賓以東洋面生成，之后穩(wěn)定向西北方向移 動(dòng)，強(qiáng)度不斷加強(qiáng)。7日15時(shí)30分在浙閩交界處（蒼 南至福鼎之間）登陸，登陸時(shí)中心氣壓975百帕，近中 心最大風(fēng)力12級(jí)（33ms'），其具體的路徑見(jiàn)圖2 所示。由于受“羅莎”和南下冷空氣的共同影響，10 月7日晚至10月9日早晨，上海地區(qū)普降大到暴雨局 部大暴雨，市區(qū)最大風(fēng)力7-8級(jí)，長(zhǎng)江口區(qū)和沿江沿 海地區(qū)8-9級(jí)，洋山港區(qū)和上海市沿海海面10-12級(jí) 5o東海大橋?yàn)檠笊礁酆蜕虾Ｊ袇^(qū)的連接線工程，正 處于“羅莎”臺(tái)風(fēng)

12、的移動(dòng)路徑上。從2007年10月7 n m： 00至9 fl 03： 00的橋面氣象站測(cè)量得到的橋 面風(fēng)速和風(fēng)向的時(shí)程曲線如圖3所示。8日04： 00至 8 0 08： 10期間橋面風(fēng)速和風(fēng)向變化異常劇烈，同時(shí) 結(jié)合塔頂風(fēng)速儀的測(cè)量結(jié)果可以判定為臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼經(jīng)過(guò) 大橋，此期間風(fēng)速和風(fēng)向變換劇烈，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的狀 態(tài)特性影響不穩(wěn)定，因此分析選用風(fēng)眼過(guò)后的 2007-08-10： 00至19： 00間共計(jì)9h的數(shù)據(jù)進(jìn)行,同 時(shí)此段期間內(nèi)，大橋封閉了交通，可認(rèn)為結(jié)構(gòu)的振動(dòng) 主要是由風(fēng)荷載所引起的。在此期間，跨中橋面平均 風(fēng)速為22.88肉5一'，其最大的lomin平均風(fēng)速為 25.07m廣,最大的

13、3s平均風(fēng)速為30.5。跨 中橋面lomin的平均風(fēng)速、風(fēng)向如圖3所示。1 vnnn132000卅v3 ib h4n6v8v10v12ase4ase5a遍ase7ase38風(fēng)速儀加速度傳感器v豎向加速度傳感器h橫向加速度傳感器vi3 left830000420qqot hi.x-w9.:kftright- 小洋山港.iff?.v14v4ase2圖1主航道斜拉橋主梁加速度傳感器布設(shè)圖（單位：mm）fig. i accelerometers position in deck of main navigation channel bridge (units: mm)圖2 “羅莎”臺(tái)風(fēng)行走路徑最大值為

14、10.99% （見(jiàn)圖5）。同時(shí)紊流強(qiáng)度和平均風(fēng) 速的關(guān)系如圖6所示，紊流強(qiáng)度隨著風(fēng)速的增加而降 低，旦橫風(fēng)向的變化要較順風(fēng)向的變化更加敏感。17 co11 0012:0013 001g 818 0014 w 13:8 時(shí)何/h£復(fù)襄«臨至匡£1510510 3a風(fēng)速fig. 2 moving track of typhoon krosa10: coii ：0012 : 0013 : 00 u 0315:0016:0017:co18:0019 :00時(shí)何/hb橫風(fēng)向圖5順風(fēng)向和橫風(fēng)向紊流強(qiáng)度f(wàn)ig. 5 longitudinal and lateral turbul

15、ence intensitiesa順風(fēng)向151055101525btm/h2007-1009-03.00b風(fēng)向13590e202007-1007-140>圖3臺(tái)風(fēng)期間的跨中橋面風(fēng)速和風(fēng)向時(shí)程fig. 3 wind speed and wind direction recorded at mid-spandeck during typhoon811 0012: co17 816 001<：0015:03時(shí)何/h18 :819: coa平均風(fēng)速25 ssx芒6010 co11 0012:0013 0014 : 0015 0016 817:0010 0019:8時(shí)間/hb平均風(fēng)向2223

16、242526風(fēng)速/(m.s ')15105向 風(fēng) 順 a25262021222324風(fēng)速/(m. sh)<骸豈 y彩 mmb0圖4跨中橋面10min平均風(fēng)速和風(fēng)i可fig. 4 variation of 10 min mean wind speeds and winddirections of m id-span section紊流強(qiáng)度和陣風(fēng)因子用于描述脈動(dòng)風(fēng)的強(qiáng)度，是 確定結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的關(guān)鍵參數(shù)?；陲L(fēng)速風(fēng)向法計(jì)算 得到10min的順風(fēng)向的紊流強(qiáng)度平均值為8.64%,最 大值為14.59%,橫風(fēng)向的紊流強(qiáng)度平均值為8.08%,b橫風(fēng)向圖6紊流強(qiáng)度和平均風(fēng)速的關(guān)系fig. 6 re

17、lationship between the turbulence intensities andthe 10 min mean wind speeds順風(fēng)向的陣風(fēng)因子的均值為1.17,最大值為1.28, 橫風(fēng)向的陣風(fēng)因子的均值為0.19,最大值為0.36（見(jiàn) 圖7）。陣風(fēng)因子隨著風(fēng)速的改變的變化規(guī)律并不明顯，其總體上表現(xiàn)為略微降低(見(jiàn)圖8)。1.411 oo12 813 0016 0017 0318 0014：0015：oo時(shí)間/ha順風(fēng)gjb橫風(fēng)向圖7順風(fēng)向和橫風(fēng)向陣風(fēng)因子fig. 7 longitudinal and lateral gust factors1.4202122232425

18、26風(fēng)速/(m.s ')j醫(yī)m迓號(hào)費(fèi)1.00.40.0(a)順風(fēng)向20212223242526風(fēng)速/(m. s'*)2 o.wslx苣宣快整<b)橫風(fēng)向圖8陣風(fēng)因子和風(fēng)速的關(guān)系fig. 8 relationship between the gust factors and the 10 minmean wind speeds紊流積分尺度是氣流中紊流渦旋平均尺度的量 度，其分析結(jié)果主要取決與數(shù)據(jù)記錄的長(zhǎng)度和平穩(wěn)程 度。其數(shù)學(xué)上的定義是直接基于空間相關(guān)函數(shù)的計(jì)算 紊流積分尺度，但實(shí)際運(yùn)用比較困難。本文基于 taylor假定采用自相關(guān)函數(shù)代替空間相關(guān)函數(shù)進(jìn)行 簡(jiǎn)化計(jì)算，分析得到

19、所取時(shí)間段內(nèi)的順風(fēng)向的積分尺 度為352. 97m,橫風(fēng)向的積分尺度為207. 72m。紊流功率譜密度函數(shù)s,.(，= "“)更能準(zhǔn)確地描 述脈動(dòng)風(fēng)的特性，它們?cè)陬l域上的全積分等于脈動(dòng)風(fēng) 相應(yīng)方向上的紊流動(dòng)能。即有§()(加= b；(i = ,u), 為頻率(1)j0sj在頻域上的分布可以描述紊流動(dòng)能在不同尺度水 平上的比例。國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了各種形式的脈動(dòng)風(fēng)速 譜，如 daveport 譜、simu 譜、harris 譜和 von-karman 譜。分析在9h內(nèi)的結(jié)構(gòu)風(fēng)速的功率譜，其分析區(qū)間 內(nèi)取30min的hanning窗，15min的重疊，快速傅里 葉變換(fast f

20、ourier transform, fft)取 2048 點(diǎn)，其 頻域分辨率為0. 00056hzo對(duì)比可知，順風(fēng)向功率譜 中simu譜、harris譜和von-karmon譜擬合的效果要 較daveport譜效果要好(見(jiàn)圖9)。.11o110 1 l 山 .船，3船隊(duì)110410310210110°頻率/hz圖9順風(fēng)向功率譜及其譜擬合fig. 9 power spectrum along longitudinal direction3風(fēng)致結(jié)構(gòu)響應(yīng)在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨期間，為了保障大橋行車(chē)安全，大橋 封閉了交通，因此此時(shí)得到的結(jié)構(gòu)響應(yīng)主要是由環(huán)境 風(fēng)荷載所引起的。以1小時(shí)長(zhǎng)度為分析區(qū)段，計(jì)算橋

21、 梁的豎向加速度、橫向加速度和扭轉(zhuǎn)加速度的rms 值。豎向加速度rms則通過(guò)同一截面內(nèi)對(duì)稱的豎向 加速度傳感器的測(cè)量值的平均值進(jìn)行計(jì)算，而扭轉(zhuǎn)角 加速度rms則通過(guò)同一截面內(nèi)對(duì)稱布設(shè)的豎向加速 度傳感器測(cè)量值的差除以傳感器的布設(shè)間距19.4m, 得到扭轉(zhuǎn)角加速度。結(jié)構(gòu)的橫向加速度rms通過(guò)橫 向加速度傳感器測(cè)量值減去山于橫向加速度傳感器布 置偏離形心時(shí)由結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的增量部分，得到結(jié)構(gòu) 的橫向加速度。在8 0 11： 00-12： 00期間的跨中加 速度響應(yīng)時(shí)程曲線如圖10o在強(qiáng)風(fēng)作用下，跨中斷面的豎向、扭轉(zhuǎn)和橫向加 速度rms與風(fēng)速間的散點(diǎn)圖如圖11所示。從圖中可 以看出隨著風(fēng)速的增大，結(jié)構(gòu)

22、的加速度是逐漸增大的,但由于估計(jì)的點(diǎn)數(shù)較少，其變化的關(guān)系比較難以準(zhǔn)備0.02122232425風(fēng)速/(m.廣)a曝向5 0 5 l1.o.(產(chǎn) oi)、sw2122232425風(fēng)速 /(m. sh)e.51.o.(8 0【)、獸地描述。c橫向圖10跨中截面加速度時(shí)程曲線fig. 10 acceleration responses in mid-span section0.15父°°s二 0.050.002122232425風(fēng)速/(m. s'1)b扭轉(zhuǎn)c橫向圖11跨中加速度rms值和風(fēng)速的相關(guān)性fig. 11 relationship between the acce

23、leration rms ofmid-span section and the mean wind speed4風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性變化選用2007年10月8日11： 00-12： 00間的結(jié)構(gòu) 的加速度功率譜作為強(qiáng)風(fēng)作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)功率譜。 同時(shí)選用 5 h 11： 00-12： 00 和 10 日 11： 00-12： 00 期間的結(jié)構(gòu)加速度功率譜作為臺(tái)風(fēng)前后的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下 的結(jié)構(gòu)響應(yīng)功率譜，進(jìn)行對(duì)比分析臺(tái)風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特 性的影響。功率譜分析時(shí)取lomin的hanning窗,5min 的重疊，fft采用32768點(diǎn)，其頻域分辨率為 0.0017hzo臺(tái)風(fēng)前后的跨中截面的功率譜如圖12所

24、示，從中 可以看出：1)對(duì)稱振型模態(tài)在跨中截面的響應(yīng)功率譜 中有明顯的峰值，而在反對(duì)稱振型模態(tài)卻沒(méi)有明顯的 峰值；2)截面測(cè)量得到的扭轉(zhuǎn)角加速度中也包含有一 定的橫向加速度的影響，這主要是由于豎向加速度傳 感器并未布設(shè)在結(jié)構(gòu)的形心軸上；3)對(duì)比分析在臺(tái)風(fēng) 期間和臺(tái)風(fēng)前后運(yùn)營(yíng)狀態(tài)時(shí)的功率譜可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu) 在運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的功率譜在2.5-4.5hz的區(qū)間內(nèi)具有較 大的幅值，表明此頻率區(qū)間內(nèi)具有較大的激勵(lì)能量， 而在臺(tái)風(fēng)期間結(jié)構(gòu)的加速度功率譜更多的體現(xiàn)在低頻 部分，在2.5-4.5hz的幅值相對(duì)較小。由于在臺(tái)風(fēng)期間 大橋封閉了交通，而在運(yùn)營(yíng)期間結(jié)構(gòu)的振動(dòng)主要是由 車(chē)流荷載引起的，因此可認(rèn)為運(yùn)營(yíng)期間在2

25、.5-4.5hz 間的結(jié)構(gòu)能量主要是由交通荷載所引起的。對(duì)于臺(tái)風(fēng)下結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別，傳統(tǒng)的方法是 基于fft方法，fft能夠準(zhǔn)確的識(shí)別出結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻 率，但由于其譜估計(jì)的有偏性，致使估計(jì)得到的阻尼 比往往過(guò)大。已有的研究主要基于隨機(jī)減量法(random decrement technique, rdt) + ibrahim時(shí)' 域法(ibrahim time domain, itd) 2 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒?解(empirical mode decomposition, emd) +rdt+ hilbert 變換(hilbert transform, i it)”的方法。 小波變換(wave

26、let transform, wt)作為近年來(lái)發(fā)展is202s30*4.04.s&0頻率/ hz豎向10* 10 io* 1o? 10* 10* 10* 10* ioros1.0is202s30&s404.s50頻率新疔炒s起來(lái)的一種信號(hào)處理方法，能夠同時(shí)給出信號(hào)的時(shí)域 和頻域的信息，是近來(lái)模態(tài)參數(shù)識(shí)別的一個(gè)研究熱點(diǎn)。 作者提出了一種新的基于小波變換和奇異值分解（singular value decomposition, svd）的模態(tài)參數(shù) 識(shí)別方法（wt&svd）,其能夠非常準(zhǔn)確的識(shí)別出結(jié) 構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，尤其是結(jié)構(gòu)的阻尼比，同時(shí)具有良好 的抗噪性能。本文基于wt&am

27、p;svd方法對(duì)強(qiáng)風(fēng)作用下 的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，以分析在強(qiáng)風(fēng)作用下的結(jié) 構(gòu)的模態(tài)參數(shù)的變化，以lh為分析時(shí)段。同時(shí)選用10 月5日 11： 00-12： 00和 10s11： 00-12： 00得到的結(jié)構(gòu) 模態(tài)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析（此兩個(gè)時(shí)段內(nèi)的風(fēng)速均較小, 平均風(fēng)速分別為7.4m-5_,和5.5m$'）,分別表示為 臺(tái)風(fēng)前、后結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。除一階縱向飄浮外，結(jié)構(gòu)的前四階模態(tài)分別為一 階對(duì)稱豎彎、一階對(duì)稱橫彎、一階反對(duì)稱豎彎和一階 扭轉(zhuǎn)，能夠較好的代表結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特征。分析時(shí)段內(nèi) 的結(jié)構(gòu)的前四階模態(tài)頻率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示，在 臺(tái)風(fēng)來(lái)臨的短暫期間，結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)發(fā)生了較大的 變化，其最大單

28、向極差比達(dá)到了-4.00%o結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn) 模態(tài)（四階）頻率改變要較豎向彎曲模態(tài)和橫向彎曲 模態(tài)的改變幅度小。從結(jié)構(gòu)的前四階模態(tài)頻率和風(fēng)速間的相關(guān)性（見(jiàn) 圖13）中可以看出，前四階模態(tài)頻率均表現(xiàn)為隨風(fēng)速 的增加而結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率降低，且前三階的變化幅度 要將第四階大。結(jié)構(gòu)的模態(tài)阻尼比隨著風(fēng)速的增大變 化關(guān)系并不明顯（見(jiàn)圖14）,但較臺(tái)風(fēng)前后風(fēng)速較小時(shí)阻尼比有了明顯增大。10*10' 冠 io1 10* 10* ioa 10*oo os0。b扭轉(zhuǎn)1/w110*i0110*10*w*0x>051.01-5202530364.04.55.0c橫向圖12臺(tái)風(fēng)前后跨中斷面加速度功率譜fig. 1

29、2 power spectrums of acceleration responses inmid-span section before and after typhoon0.3800.4350.375臺(tái)風(fēng)期間臺(tái)風(fēng)h0臺(tái)風(fēng)后0.4305.5m.s7.4m.s 10.3700.425z聰 0.3650.360海 0.4200.415卜 o 臺(tái)風(fēng)期間臺(tái)風(fēng)前臺(tái)風(fēng)后0.35521250.4102122232425風(fēng)速/(m.sl)b二階0.520-7.4m.s 1-o° o5.5ni .so222324風(fēng)速/(m. s'1)a一階0.5150.510嘗 0.505232425風(fēng)速/

30、(m.sh)0.6500.6450.640臺(tái)風(fēng)期間臺(tái)風(fēng)前臺(tái)風(fēng)后c三階0.635 p0.630°625215.5m.s7.4m.s232425風(fēng)速/(m s_,)d四階圖13結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率和風(fēng)速間相關(guān)性fig. 13 relationsh ip between the modal frequencies and the 1 hour mean wind speeds一階對(duì)稱豎彎一階對(duì)稱橫彎一階反對(duì)稱豎彎一階扭轉(zhuǎn)最小值（hz）0.36210.41290.50270.6363均值（hz）0.36450.41620.50630.6372最大值（hz）0.36700.42000.50850.63

31、77年均值（hz）0.36670.43010.50880.6373單向極差比（%）-1.25-4.00-1.20-0.16雙向極差比（%）1.341.651.140.22表1臺(tái)風(fēng)期間結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果tab.l statistical results of structural modal frequencies雙向極差比=（最大值-最小值）/年均值，單向極差比=（最大值。演小值-年均值）/年均值2.00.0 l212.0oooc1.5ooooo 5.5m.s1車(chē)toooocc 5.5m.s7.4m.s10.57.4m.s1o 臺(tái)風(fēng)期間-臺(tái)風(fēng)前臺(tái)風(fēng)后| a1.0.0颯前后 風(fēng)風(fēng)風(fēng) 臺(tái)臺(tái)臺(tái)-

32、11.00.52521222324風(fēng)速/(w)2223風(fēng)速/(m.s ')250.021間 期前后 風(fēng)風(fēng)風(fēng)臺(tái)臺(tái)臺(tái):一g -0.6臺(tái)風(fēng)期間-臺(tái)風(fēng)前 臺(tái)風(fēng)后d _oo7.4m.s”0.4obcobo_ _ _ _ -°o.17.4m.s皿0.2ooc05.5ms”5.5m.s” 11t1 0.0a|1 .b二階0.60.42525212423風(fēng)速/(d2223風(fēng)速/（嘰廣）c三階d四階圖14結(jié)構(gòu)模態(tài)阻尼比和風(fēng)速的相關(guān)性fig. 14 relationship between the modal damping ratios and the i hour mean wind spe

33、eds5結(jié)論本文分析了 “羅莎”臺(tái)風(fēng)的風(fēng)特性、風(fēng)致結(jié)構(gòu)振 動(dòng)以及風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性的改變，可以 得到如下的結(jié)論：（1）臺(tái)風(fēng)期間隨著風(fēng)速的增加紊流強(qiáng)度降低，且 橫風(fēng)向紊流強(qiáng)度的改變要較順風(fēng)向紊流強(qiáng)度的變化更 加敏感。陣風(fēng)因子隨著風(fēng)速的增加而降低，但其改變 非常微??；（2）隨著風(fēng)速的增大，結(jié)構(gòu)的豎向、扭轉(zhuǎn)和橫向 的加速度rms隨之增大，表明結(jié)構(gòu)響應(yīng)的振動(dòng)幅度 增大；（3）臺(tái)風(fēng)作用下，結(jié)構(gòu)的前四階模態(tài)頻率中，均 表現(xiàn)為隨風(fēng)速的增加結(jié)構(gòu)的頻率降低。結(jié)構(gòu)的模態(tài)阻 尼比隨風(fēng)速的增加變化不明顯，但比正常風(fēng)速下阻尼 比有明顯增大；（4）分析結(jié)果表明，除環(huán)境溫度和加速度rms （表征振動(dòng)水平）是影響結(jié)

34、構(gòu)模態(tài)參數(shù)變化的主要因素外，在強(qiáng)風(fēng)作用下，結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)也會(huì)有較大的 改變，因此基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)得到的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和環(huán)境 因素的數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)特性的改變 是非常有意義的。參考文獻(xiàn)：1 閔志華，孫利民，淡丹輝.斜拉橋動(dòng)力特性變化的環(huán)境影響 因素分析c.大跨度橋梁結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警及狀態(tài)評(píng)估研討會(huì).南 京.2008.10min zhihua, sun limin , dan danhui. effect analysis of environmental factors on structural dynamic properties of cable-stayed bridge c. sy

35、mposium of damage warning and condition assessment of long-span bridges. nanjing. 2008. 102 abe m, fujino y, yanagihara m, et al, monitoring of hakucho suspension bridge by ambient vibration measurementc/proceedings of sp1e vol. 3995. newport beach, ca, usa. 2000:237.3 li q s , xiao y q , wu j r, et al. typhoon effects