橋梁風(fēng)振專題

1、橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述v橋梁風(fēng)致病害典型案例橋梁風(fēng)致病害典型案例v橋梁風(fēng)振的主要形態(tài)橋梁風(fēng)振的主要形態(tài)v橋梁風(fēng)工程的主要研究方法橋梁風(fēng)工程的主要研究方法v橋梁風(fēng)致振動的減振措施橋梁風(fēng)致振動的減振措施 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述v陳政清陳政清橋梁風(fēng)工程橋梁風(fēng)工程v項海帆項海帆現(xiàn)代橋梁抗風(fēng)理論與實踐現(xiàn)代橋梁抗風(fēng)理論與實踐v項海帆項海帆橋梁概念設(shè)計橋梁概念設(shè)計主要參考資料：主要參考資料： 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)致病害典型案例橋梁風(fēng)致病害典型案例 塔科馬大橋：塔科馬大橋：19401940年建成，年建成，三跨連續(xù)加勁梁懸索橋，主跨三跨連續(xù)加勁梁懸索橋，主跨853m853m，寬，寬11.9m,11

2、.9m,加勁梁為加勁梁為H H型板型板梁，梁高梁，梁高2.45m2.45m。 建成建成4 4個月后，在個月后，在18m/s18m/s的的風(fēng)速風(fēng)速(8(8級級) )作用下，發(fā)散振動持作用下，發(fā)散振動持續(xù)續(xù)70min70min。最后，吊桿斷裂，加。最后，吊桿斷裂，加勁梁墜落河中。勁梁墜落河中。 原因：顫振失穩(wěn)。原因：顫振失穩(wěn)。塔科馬大橋風(fēng)毀實例塔科馬大橋風(fēng)毀實例 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述塔科馬大橋風(fēng)毀實例塔科馬大橋風(fēng)毀實例 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述1818-18401818-1840年風(fēng)毀橋梁案例年風(fēng)毀橋梁案例 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 主橋為主橋為1010跨一聯(lián)的鋼箱梁跨一聯(lián)的鋼箱梁連續(xù)梁橋，最

3、大跨度連續(xù)梁橋，最大跨度240m240m，寬，寬22.9m,22.9m, 梁高梁高6-11.5m6-11.5m。 在在16-17m/s16-17m/s的風(fēng)速作用下，的風(fēng)速作用下，發(fā)生豎向渦激振動，發(fā)生豎向渦激振動，跨中振幅跨中振幅達(dá)達(dá)50 cm50 cm。 安裝安裝1616臺可調(diào)質(zhì)量阻尼器臺可調(diào)質(zhì)量阻尼器（TMDTMD），渦激振動），渦激振動振幅只有振幅只有5 5 cmcm。日本東京灣通道橋的渦激共振日本東京灣通道橋的渦激共振 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 日本名港西大橋（日本名港西大橋（MeikoNishiMeikoNishi）、洞庭湖大橋均實測到拉）、洞庭湖大橋均實測到拉索在風(fēng)雨共存的條件下，

4、發(fā)生風(fēng)雨振。稱為影響最大的一種橋索在風(fēng)雨共存的條件下，發(fā)生風(fēng)雨振。稱為影響最大的一種橋梁病害。梁病害。斜拉索風(fēng)雨振斜拉索風(fēng)雨振 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振的主要形態(tài)橋梁風(fēng)振的主要形態(tài) 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述氣動彈性現(xiàn)象：氣動彈性現(xiàn)象：氣流中的彈性體發(fā)生變形或振動，從而改變氣氣流中的彈性體發(fā)生變形或振動，從而改變氣流邊界條件，引起氣流力的變化，反過來又引起彈性體新的變形流邊界條件，引起氣流力的變化，反過來又引起彈性體新的變形與振動，這種與振動，這種氣流力與結(jié)構(gòu)相互作用的現(xiàn)象即為氣動彈性現(xiàn)象氣流力與結(jié)構(gòu)相互作用的現(xiàn)象即為氣動彈性現(xiàn)象。 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述顫振：顫振：扭轉(zhuǎn)發(fā)散振動或彎扭

5、發(fā)散振動。如塔克馬橋的橋面扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)發(fā)散振動或彎扭發(fā)散振動。如塔克馬橋的橋面扭轉(zhuǎn)振動，飛機(jī)機(jī)翼振動振動，飛機(jī)機(jī)翼振動馳振：馳振：細(xì)長結(jié)構(gòu)因氣流自激作用發(fā)生的純彎曲大幅振動。如結(jié)細(xì)長結(jié)構(gòu)因氣流自激作用發(fā)生的純彎曲大幅振動。如結(jié)冰電線振動，塔柱、吊桿、拉索容易產(chǎn)生馳振形象。冰電線振動，塔柱、吊桿、拉索容易產(chǎn)生馳振形象。 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述抖振：抖振：氣流力受結(jié)構(gòu)振動影響較小，氣流力是一種強(qiáng)迫力，主氣流力受結(jié)構(gòu)振動影響較小，氣流力是一種強(qiáng)迫力，主要是大氣紊流導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)迫振動。要是大氣紊流導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)迫振動。渦振：渦振：大跨度橋梁在低風(fēng)速下容易發(fā)生的一種大跨度橋梁在低風(fēng)速下容易發(fā)生的一種風(fēng)致振動。風(fēng)

6、致振動。橋梁風(fēng)振的研究方法橋梁風(fēng)振的研究方法 運用空氣動力學(xué)原理，建立各類風(fēng)荷載的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)運用空氣動力學(xué)原理，建立各類風(fēng)荷載的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用結(jié)構(gòu)動力學(xué)的方法，求解各類風(fēng)致振動及其穩(wěn)定性。用結(jié)構(gòu)動力學(xué)的方法，求解各類風(fēng)致振動及其穩(wěn)定性。 西奧多爾森西奧多爾森(Theodorsen)(Theodorsen)理想平板顫振自激力理論；斯理想平板顫振自激力理論；斯坎倫坎倫(Scanlan)(Scanlan)橋梁斷面顫振理論；達(dá)文波特（橋梁斷面顫振理論；達(dá)文波特（DavenportDavenport）抖振準(zhǔn)定常理論。抖振準(zhǔn)定常理論。 橋梁風(fēng)工程的進(jìn)一步發(fā)展，有待于基本理論框架的新突橋梁風(fēng)工程的進(jìn)一步發(fā)

7、展，有待于基本理論框架的新突破。破。理論分析理論分析 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 目前，風(fēng)洞試驗是一個十分重目前，風(fēng)洞試驗是一個十分重要且不可替代的手段。風(fēng)洞試驗包括：要且不可替代的手段。風(fēng)洞試驗包括：節(jié)段模型試驗，全橋模型試驗等。節(jié)段模型試驗，全橋模型試驗等。風(fēng)洞試驗風(fēng)洞試驗 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 目前，風(fēng)洞試驗是一個十分重目前，風(fēng)洞試驗是一個十分重要且不可替代的手段。風(fēng)洞試驗包括：要且不可替代的手段。風(fēng)洞試驗包括：節(jié)段模型試驗，全橋模型試驗等。節(jié)段模型試驗，全橋模型試驗等。中南大學(xué)橋梁工程系中南大學(xué)橋梁工程系風(fēng)洞試驗風(fēng)洞試驗第六章第六章 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 實橋測量風(fēng)振特征與參數(shù)，

8、是一種很好的研究手段，尤實橋測量風(fēng)振特征與參數(shù)，是一種很好的研究手段，尤其是橋梁發(fā)生風(fēng)致病害時，研究價值更大。塔克馬橋的實況其是橋梁發(fā)生風(fēng)致病害時，研究價值更大。塔克馬橋的實況錄像為橋梁事故原因分析以及橋梁風(fēng)工程發(fā)展起到了重要的錄像為橋梁事故原因分析以及橋梁風(fēng)工程發(fā)展起到了重要的推動作用。推動作用。現(xiàn)場觀測現(xiàn)場觀測 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 應(yīng)用計算流體力學(xué)應(yīng)用計算流體力學(xué)方法，在計算機(jī)上實現(xiàn)橋方法，在計算機(jī)上實現(xiàn)橋梁風(fēng)振全過程，稱為數(shù)值梁風(fēng)振全過程，稱為數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)。風(fēng)洞技術(shù)。數(shù)值模擬數(shù)值模擬 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振的減振措施橋梁風(fēng)振的減振措施 引起橋梁振動的風(fēng)荷載性質(zhì)與橋梁外形有

9、關(guān)。在不改變橋引起橋梁振動的風(fēng)荷載性質(zhì)與橋梁外形有關(guān)。在不改變橋梁結(jié)構(gòu)與使用性能的前提下，適當(dāng)改變橋梁外形或附加一些導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)與使用性能的前提下，適當(dāng)改變橋梁外形或附加一些導(dǎo)流裝置，往往可以減輕橋梁風(fēng)振。如：流裝置，往往可以減輕橋梁風(fēng)振。如：空氣動力學(xué)措施空氣動力學(xué)措施 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 加裝風(fēng)嘴、中央開槽、穩(wěn)定板，使橋梁截面接近流線型，加裝風(fēng)嘴、中央開槽、穩(wěn)定板，使橋梁截面接近流線型，避免或推遲漩渦脫落發(fā)生，增大豎向振動空氣阻尼。避免或推遲漩渦脫落發(fā)生，增大豎向振動空氣阻尼。 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 加裝風(fēng)嘴、中央開槽、穩(wěn)定板，使橋梁截面接近流線型，加裝風(fēng)嘴、中央開槽、穩(wěn)定板，使橋梁截面接近流線型，避免或推遲漩渦脫落發(fā)生，增大豎向振動空氣阻尼。避免或推遲漩渦脫落發(fā)生，增大豎向振動空氣阻尼。 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 斜拉索表面制造成凹痕或螺旋線，可以減輕斜拉索風(fēng)斜拉索表面制造成凹痕