橋梁抗風(fēng)的常見措施及定性分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 橋梁抗風(fēng)的常見措施及定性分析摘要：首先，分析纜索支撐體系橋梁主要構(gòu)件風(fēng)致振動的現(xiàn)象和本質(zhì)，提出了抗風(fēng)措施。其次，以1 400 m主跨的懸索橋、斜拉橋以及吊拉組合體系橋等纜索支承橋梁的主要結(jié)構(gòu)型式為例，采用三維非線性抗風(fēng)分析方法，進(jìn)行了動力特性、空氣靜力和動力穩(wěn)定性的分析和比較。最后，介紹橋梁基本結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能分析，并以連續(xù)剛構(gòu)橋和斜拉橋為重點介紹了最新的研究成果，提出橋梁抗風(fēng)研究方面存在的幾個薄弱點。關(guān)鍵詞：橋梁抗風(fēng)；風(fēng)壓；風(fēng)振；措施；定性分析 1研究橋梁抗風(fēng)的必要性

2、隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對公路交通事業(yè)提出更高的要求，在寬闊的海域和水深河寬的大江大河，跨越能力大的纜索支撐體系橋梁(包括懸索橋和斜拉橋)將成為首先被考慮的橋型。縱觀懸索橋的發(fā)展歷史，可以認(rèn)為其起源于中國，成熟于美國，革新于英國，進(jìn)步在13本，普及在中國。目前被公認(rèn)為跨越能力最大的橋型，1998年建成的明石海峽大橋其主跨已達(dá)到1 991 m斜拉橋在200500 In跨度內(nèi)與懸索橋相比有一定的競爭優(yōu)越性。早期的斜拉橋由于計算方法和手段不能滿足要求，材料松弛、拉索錨固困難、張拉不足等原因長期未能得到發(fā)展，索面體系僅限于稀索。近年來由于計算理論的發(fā)展，新材料的開發(fā)配合，施工技術(shù)的進(jìn)步為斜拉橋的發(fā)

3、展創(chuàng)造了一定的有利條件。但在風(fēng)力作用下，大跨度懸索橋和斜拉橋容易生變形和振動。1940年主跨853 m的美國塔科馬在僅有19 ms的風(fēng)速下，發(fā)生毀橋事故。斜拉橋方面，日本石狩河口橋和加拿大的Hawkshaw(Longsreek)橋等相繼因風(fēng)振導(dǎo)致加固。因此，大型纜索體橋梁的抗風(fēng)穩(wěn)定性研究應(yīng)引起足夠的重視。2大跨度纜索支撐體系的風(fēng)振現(xiàn)象 21主梁體的風(fēng)振 目前，大跨纜索支撐體系梁橋主梁一般采用扁平截面，由于其本身的抗扭剛度比較大，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)發(fā)散振動所需的風(fēng)速也較高。渦振發(fā)振風(fēng)速較低，發(fā)生頻率較高，容易使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生疲勞、行車障礙以及誘發(fā)過橋者的不安全感，通過增大結(jié)構(gòu)剛度來防止發(fā)生渦振是比較困難的。因

4、此減少風(fēng)振不僅需要選擇良好的梁體截面，還要通過風(fēng)洞試驗來選用各種整流裝置，如流線型風(fēng)嘴、整流翼板等。 22橋塔的風(fēng)振 一般來說，同等跨度橋梁的橋塔，懸索橋的橋塔高度大致僅為斜拉橋的一半，橋塔的風(fēng)振，兩者可以相互借鑒。橋塔塔柱常采用矩形，主要考慮渦振與撓 曲馳振的問題。在架設(shè)主纜之前，橋塔由于高度較大岡0度和阻尼相對較小，在小風(fēng)速的情況下渦振的發(fā)生頻率是很高的，常安裝滑移塊或調(diào)質(zhì)減震器來增加塔柱的阻尼。由于橋塔是細(xì)長鈍體結(jié)構(gòu)，在氣流中不斷吸收能量，因此馳振的發(fā)生也是不可忽視的。當(dāng) (升力系數(shù)的導(dǎo)數(shù))0時，可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的馳振現(xiàn)象。 常常通過風(fēng)洞試驗選擇合適的橋塔斷面來防止馳振的發(fā)生，如采用圓形截

5、面和八角形截面。 23索的風(fēng)振 由于拉索的柔性、相對較小的質(zhì)量及較低的阻尼，在風(fēng)荷載的作用下，拉索極易發(fā)生振動。拉索的風(fēng)致振動包括渦激共振、尾流馳振、馳振、風(fēng)雨激振等。拉索的大幅振動容易引起錨固端的疲勞或者毀壞拉索端部的腐蝕保護(hù)系統(tǒng)，影響拉索的使用壽命，嚴(yán)重時甚至要緊急封閉交通。拉索振動已成為大跨徑斜拉橋要解決的嚴(yán)重問題之一。在風(fēng)的作用下斜索的后流會產(chǎn)生交變渦流，成為卡門渦旋。當(dāng)漩渦脫落的頻率和拉索的某一階自振頻率接近時，則發(fā)生拉索渦激共振。渦激共振引起的拉索振幅可由下式近似計算： 其中：為升力系數(shù)； 為模態(tài)頻率；D為柱體的橫風(fēng)向投影尺寸；為發(fā)生渦激共振的臨界風(fēng)速；稱為Scruton數(shù)，Scr

6、uton越大渦激振動幅度越小。 由上式可以看出，增大拉索的質(zhì)量和阻尼比可以降低拉索的振幅。 當(dāng)兩根拉索沿風(fēng)向斜時，來流方向的下游拉索 比上游拉索發(fā)生更強(qiáng)烈的風(fēng)致振動，稱為尾流馳振。上游拉索的尾流區(qū)存在一個不穩(wěn)定馳振區(qū)。如果下游拉索正好位于這一不穩(wěn)定區(qū)中，其振幅就會不斷加大，直至達(dá)到一個穩(wěn)態(tài)大振幅的極限環(huán)。當(dāng)兩根拉索距離較遠(yuǎn)時超出尾流馳振不穩(wěn)定區(qū)時，就不會發(fā)生尾流馳振。國外研究表明，發(fā)生尾流馳振的臨界風(fēng)速可近似表示為： 式中：C為和上下游索距相關(guān)的常數(shù)。上式表明，發(fā)生尾流馳振的臨界風(fēng)速與模態(tài)頻率成正比，與Scruton數(shù)的平方根也成正比。 由上式可以看出，增大拉索的質(zhì)量和阻尼比同樣可以增大馳振的

7、臨界風(fēng)速。 風(fēng)雨激振是在風(fēng)雨共同作用下發(fā)生的拉索振動，是目前已知的拉索振動形式中最強(qiáng)烈的一種大幅低頻振動。由于風(fēng)雨激振是一種固、液、氣三態(tài)耦合的復(fù)雜現(xiàn)象，其形成機(jī)理仍沒有定論。其研究手段主要有現(xiàn)場觀測、風(fēng)洞試驗和理論分析。3大跨度纜索支撐體系橋梁的抗風(fēng)措施 31結(jié)構(gòu)構(gòu)造的制振方法 增加扭轉(zhuǎn)剛性對提高大跨度橋梁設(shè)計的發(fā)散振動極限風(fēng)速是非常有效的。如在加勁桁架上設(shè)置無鋼筋網(wǎng)絡(luò)相連的行車道橋面結(jié)構(gòu)時，采用設(shè)置上下橫梁的方法形成準(zhǔn)閉合斷面可以顯著增加扭轉(zhuǎn)。另外，還可以在纜索支撐橋梁上加一些輔助設(shè)施同樣可以提高其抗風(fēng)穩(wěn)定性。比如，在懸索橋的主纜與主梁之間加中央扣可以大大提高發(fā)散風(fēng)速。 32空氣動力的制振

8、方法 斷面形狀對于對風(fēng)敏感的結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定有重要 的作用。通常流線型斷面的形狀要比鈍體斷面的抗風(fēng)性能好得多。但當(dāng)采用薄翼型的斷面時，受水平風(fēng)作用時，有產(chǎn)生渦激振動的可能，薄的流線型斷面在有迎角的風(fēng)作用下，易產(chǎn)生顫振，所以對于各種流線型斷面的選擇也要慎重考慮，通常通過風(fēng)洞試驗進(jìn)行試驗確定。另一種增加抗風(fēng)穩(wěn)定性的方法是采用桁架斷面。由于其通風(fēng)空間較箱形斷面大得多，所以靜風(fēng)阻力小得多。此外，常采用在上部結(jié)構(gòu)安裝一些附屬設(shè)施來減小風(fēng)振，如翼板、導(dǎo)流器及繞流器等。 33機(jī)械構(gòu)造的制振方法 由于纜索體系橋梁的跨度較大，橋梁結(jié)構(gòu)更輕更柔，結(jié)構(gòu)的阻尼特性減弱，造成風(fēng)和車輛等因素激勵下結(jié)構(gòu)響應(yīng)值加大，故常需要增加

9、結(jié)構(gòu)的阻尼來 抑制風(fēng)振。常常采用被動抑振(如TMD，TLD或ID)和主動抑振(AMD)。被動抑振又分為調(diào)諧附加質(zhì)量方法(如TMD等)和非調(diào)諧質(zhì)量法(如ID沖擊阻尼器)。主動抑振方法是采用計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，如達(dá)到需要抑振時，自動驅(qū)一套裝置改變質(zhì)量分布、剛度或阻尼等方法來抑振。 4橋梁抗風(fēng)穩(wěn)定性的分析與比較以1 400 m主跨的懸索橋、斜拉橋以及吊拉組合體系橋為例，采用三維非線性抗風(fēng)分析方法，進(jìn)行了動力特性、空氣靜力和動力穩(wěn)定性的分析和比較，并探討了具有良好抗風(fēng)穩(wěn)定性的纜索支承橋梁結(jié)構(gòu)型式4.1動力特性分析 采用基于子空間迭代法的動力特性有限元分析程序，考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性因素，分析了成橋狀態(tài)結(jié)

10、構(gòu)的前2O階振型，以1 400 m主跨的三種橋型懸索橋、斜拉橋和吊拉組合體系橋的主要振型頻率值見表1分析時，結(jié)構(gòu)離散為三維有限元計算模型，當(dāng)中橋面主梁采用魚骨梁式計算模型，橋面主梁和橋塔等構(gòu)件簡化為空間梁單元，主纜、吊桿和斜拉索則簡化為空間桿單元，主梁和吊桿或斜拉索之間采用剛性橫梁模擬 表1不同橋型主要振型的頻率值(Hz) 注：注：1)數(shù)字表示振型階數(shù)；S表示對稱振型；AS表示反對稱振型從表1結(jié)果比較可以看出，吊拉組合體系橋的一階對稱豎彎和側(cè)彎頻率最大，其它的振型頻率都處于懸索橋和斜拉橋之間，但與懸索橋相比有較大 幅度的提高這主要是由于懸吊部分和斜拉部分的共同作用有效地提高了吊拉組合體系橋的結(jié)

11、構(gòu)剛度與其它振型頻率相比，斜拉橋和吊拉組合體系橋的扭轉(zhuǎn)頻率比懸索橋高出很多，這對于提高其抗風(fēng)穩(wěn)定性是有利的 4.2空氣靜力穩(wěn)定性分析 在O。風(fēng)攻角下，采用三維非線性空氣靜力分析程序?qū)宜鳂颉⑿崩瓨蚝偷趵M合體系橋進(jìn)行了隨風(fēng)速增加的空氣靜力特性分析分析時，橋面主梁考慮了靜風(fēng)荷載的阻力、升力和升力矩三個分量的共同作用，由于三座橋梁的主梁斷面形狀與潤揚(yáng)長江大橋非常相似，因此相應(yīng)的靜力三分力系數(shù)都取用了潤揚(yáng)長江大橋節(jié)段模型風(fēng)洞試驗結(jié)果；主纜、斜拉索和橋塔僅考慮阻力分量的作用，主纜和斜拉索的阻力系數(shù)為07，橋塔的阻力系數(shù)為20主梁跨中點的橫向、豎向以及扭轉(zhuǎn)位移隨風(fēng)速增加的變化趨勢如圖4所示 由圖1可以看

12、出，懸索橋在90 ms附近時豎向和扭轉(zhuǎn)位移急劇增大，說明結(jié)構(gòu)已經(jīng)開始由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到了失穩(wěn)的臨界狀態(tài)與吊拉組合體系橋相比，斜拉橋的側(cè)向和扭轉(zhuǎn)位移明顯增大，而豎向位移基本一致綜合比較可知，在所分析的風(fēng)速范圍內(nèi)吊拉組合體系橋的位移最小，而且未出現(xiàn)失穩(wěn)的跡象，因而其空氣靜力穩(wěn)定性最好圖1 不同橋型的主梁跨中點位移隨風(fēng)速增加的變化趨勢4.3 空氣動力穩(wěn)定性分析 采用三維非線性空氣動力穩(wěn)定性分析程序，在0。風(fēng)攻角下，對懸索橋、斜拉橋和吊拉組合體系橋進(jìn)行了空氣動力穩(wěn)定性分析，空氣動力失穩(wěn)的臨界風(fēng)速如表2所示分析時，橋面主梁的氣動導(dǎo)數(shù)均取用潤揚(yáng)長江大橋節(jié)段模型風(fēng)洞試驗結(jié)果，結(jié)構(gòu)的阻尼比為05

13、.表2 不同橋型的空氣動力失穩(wěn)臨界風(fēng)速 可以看出，在相同主跨情況下，斜拉橋的空氣動力穩(wěn)定性最好，其次為吊拉組合體系橋，懸索橋最差究其原因可以從表1所示三種橋型的主要自振頻率結(jié)果中得到解釋與懸索橋相比，斜拉橋和吊拉組合體系橋的豎向彎曲尤其是扭轉(zhuǎn)振動頻率有顯著的提高，而扭轉(zhuǎn)頻率的提高對于改善橋梁的抗風(fēng)穩(wěn)定性是十分有利的因此，說明了在抗風(fēng)性能上相同主跨的斜拉橋和吊拉組合體系橋要好于懸索橋 4.4分析結(jié)果結(jié)果表明：吊拉組合體系橋剛度大，抗風(fēng)穩(wěn)定性好，是一種具有良好抗風(fēng)性能的纜索支承橋梁結(jié)構(gòu)型式5 橋梁抗風(fēng)性能分析5.1橋梁抗風(fēng)性能分析簡介氣流繞過一般非流線型外形的橋梁結(jié)構(gòu)時，會產(chǎn)生渦旋和流動的分離，形

14、成復(fù)雜的空氣作用力。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)的剛度較大時，結(jié)構(gòu)保持靜止不動，這種空氣力作用只相當(dāng)于靜力作用；當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)的剛度較小時，結(jié)構(gòu)振動得到激發(fā)，這時空氣力不僅具有靜力作用，而且具有動力作用。在過去相當(dāng)長的時間內(nèi)，人們把風(fēng)對結(jié)構(gòu)的作用僅僅看成是一種由風(fēng)壓所引起的靜力作用，直到1940年秋，美國華盛頓州建成才4個月的塔科馬懸索橋在不到20ms的8級風(fēng)作用下發(fā)生強(qiáng)烈的振動而坍塌，才結(jié)束了單純考慮風(fēng)壓靜力作用的歷史。風(fēng)的動力作用激發(fā)了橋梁風(fēng)致振動，而振動起來的橋梁又可能反過來改變流場和空氣力，形成風(fēng)與結(jié)構(gòu)的相互作用。當(dāng)空氣力受結(jié)構(gòu)振動影響較小時，空氣力作為一種強(qiáng)迫力，主要導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)迫振動隨機(jī)抖振；當(dāng)空氣

15、力受結(jié)構(gòu)振動影響較大時，受振動結(jié)構(gòu)反饋作用的空氣力則主要表現(xiàn)為一種自激作用，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的自激振動顫振或馳振。橋梁風(fēng)振理論一般可按橋梁風(fēng)振的不同形式分成4種，即橋梁顫振理論、橋梁馳振理論、橋梁渦振理論和橋梁抖振理論。5.2橋梁抗風(fēng)性能分析研究近況5.21連續(xù)剛構(gòu)橋大跨度剛構(gòu)橋由于其施工和造價上的優(yōu)勢成為一種很有競爭力的橋型。但由于其上部結(jié)構(gòu)懸臂施工長度大、自重大，墩體又常采用薄壁墩，其最大雙懸臂狀態(tài)的振動頻率往往較低，因而風(fēng)致振動和風(fēng)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力就成為橋梁設(shè)計、施工者們十分關(guān)心的問題。聞生、于向東等人通過宜昌長江鐵路大橋雙懸臂施工中的風(fēng)荷載計算，提出采用數(shù)值模擬計算的方法確定空氣靜力系數(shù)。它無需

16、試驗設(shè)備，特別是能模擬復(fù)雜的幾何外形繞流或湍流問題，流場可視性好，現(xiàn)已被越來越廣泛地應(yīng)用到工程研究中，成為橋梁與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究的重要手段之一，為大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁柔性墩剛構(gòu)橋抗風(fēng)計算提供了一種簡便、經(jīng)濟(jì)的方法。利用數(shù)值模擬得到的空氣靜力系數(shù)，并考慮陣風(fēng)效應(yīng)，計算得到了宜昌大橋懸臂施工階段控制截面的風(fēng)載內(nèi)力。鄭史雄等人以主跨為190m的預(yù)應(yīng)力混凝土三跨連續(xù)剛構(gòu)橋作為研究對象，通過氣彈模型風(fēng)洞試驗，討論了平行幅迎風(fēng)側(cè)梁與背風(fēng)側(cè)梁的6分力特性，不同風(fēng)向偏角對剛構(gòu)橋風(fēng)致響應(yīng)的影響。然后結(jié)合試驗結(jié)果和數(shù)值計算，比較分析了橫向連系對平行兩幅梁風(fēng)致響應(yīng)的抑振作用。分析表明，對于由平行兩幅箱梁組成的大跨度剛

17、構(gòu)橋，其懸臂施時將兩梁橫向相連對減少結(jié)構(gòu)的風(fēng)振橫向響應(yīng)是十分有而便利的。氣彈模型試驗中，由于主梁的豎擺和橫擺兩基階模態(tài)主取決于雙壁墩的剛度，因而在設(shè)計模型時，可僅要求雙壁滿足彈性參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)一致性條件；主梁滿足質(zhì)量參數(shù)一致和墩頂處彈性參數(shù)一致性條件。這樣設(shè)計模型的好處于，模型主梁制作時不必采用傳統(tǒng)分段留有縫隙的做法，而使模型主梁的氣動外形達(dá)到與實橋完全幾何相似，最大限度地降低對主梁繞流相似性的損害。經(jīng)流場模擬，均勻流場6分力試驗，紊流場中的試驗驗了其安全性。并提出結(jié)構(gòu)的風(fēng)載內(nèi)力由兩部分組成，即風(fēng)振動引起和靜風(fēng)荷載引起的內(nèi)力。對于前一部分內(nèi)力，可氣彈模型試驗所獲得的位移換算至實橋，再利用有限元

18、法演求得。韓萬水等人采用離散渦(DVM)及風(fēng)洞測力方法，確定主梁靜氣動力系數(shù)；采用抖振時域方法，計算最大雙懸臂狀態(tài)時的抖振響應(yīng)。與風(fēng)洞試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析。計算中阻尼系數(shù)由氣彈模型實測阻尼比確定；由于氣彈模型設(shè)計中阻尼比相似不能夠?qū)崿F(xiàn)，故修正計算結(jié)果，探討阻尼比對抖振響應(yīng)的影響；最后采用兩種抗風(fēng)分析方法陣風(fēng)系數(shù)法和抖振時域分析法，分別對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計算。實例分析的計算結(jié)果表明，按陣風(fēng)系數(shù)法得到的橫橋向響應(yīng)偏于保守。王中文等人在對虎門大橋輔航道橋懸臂施工階段風(fēng)致抖振情況進(jìn)行理論分析和風(fēng)洞試驗的基礎(chǔ)上，介紹懸臂施工階段結(jié)構(gòu)風(fēng)致抖振控制的原理和方法。并通過對懸臂施工階段減振效果和火箭激勵現(xiàn)場實測，驗

19、證了虎門大橋輔航道橋施工階段風(fēng)致抖振控制方法的有效性和可靠性。5.22斜拉橋劉世忠等人對國內(nèi)首次采用環(huán)氧全涂平行鋼絞線的獨(dú)塔單索面部分斜拉橋進(jìn)行了動力特性和抗風(fēng)穩(wěn)定性分析。結(jié)果表明，最大懸臂施工階段必須避開當(dāng)?shù)嘏_風(fēng)期；成橋狀態(tài)，雖然拉索不能提供抗扭剛度，由于部分斜拉橋主梁剛度大的特點，表現(xiàn)出良好的抗臺風(fēng)能力。最后得出結(jié)論為：(1)最大懸臂施工階段為橋梁抗風(fēng)性能最差的狀態(tài)，彎扭顫振臨界風(fēng)速低于檢驗風(fēng)速，因而此階段的工期安排必須避開當(dāng)?shù)嘏_風(fēng)季節(jié)；(2)單索面部分斜拉橋不論是施工階段還是成橋狀態(tài)，發(fā)生純扭轉(zhuǎn)顫振失穩(wěn)的可能性小；(3)成橋狀態(tài)，雖然單索面斜拉索不再提供抗扭能力，但部分斜拉橋主梁抗扭剛度

20、大，扭轉(zhuǎn)基頻與豎彎基頻之比在2倍以上。加之單位長度梁體的質(zhì)量也很大，因而，顫振l臨界風(fēng)速明顯提高，實際發(fā)生顫振的臨界風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速記載，因而其抗風(fēng)性能良好。可抵御100年一遇的強(qiáng)臺風(fēng)襲擊。李俊等人采用大型通用有限元程序ANSYS對宜賓長江大橋施工狀態(tài)和成橋狀態(tài)的動力特性進(jìn)行了計算，分析了主梁的三分力系數(shù)取值，驗算了橋梁的顫振穩(wěn)定性和靜力穩(wěn)定性。結(jié)果表明，無論在施工階段的最大雙懸臂狀態(tài)或最大單懸臂狀態(tài)，還是在成橋狀態(tài)，抗風(fēng)穩(wěn)定性均十分安全，不會發(fā)生靜力扭轉(zhuǎn)發(fā)散失穩(wěn)。建議對斜拉索采取減振措施，可在設(shè)置內(nèi)置橡膠圈阻尼器的基礎(chǔ)上，再增設(shè)磁流變液阻尼器。詹建輝等人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)500主跨的PC荊州長

21、江公路大橋北漢通航孔斜拉橋的H型索塔和雙主肋斷面的主梁對結(jié)構(gòu)抗風(fēng)十分不利。根據(jù)橋址自然風(fēng)條件以及抗風(fēng)研究的具體內(nèi)容，采用線性空間有限元動力分析程序，計入主梁斷面的約束扭轉(zhuǎn)剛度的影響，對結(jié)構(gòu)在成橋狀態(tài)和不利施工狀態(tài)的動力特性、氣動穩(wěn)定性、風(fēng)致限幅振動，風(fēng)載內(nèi)力計算均進(jìn)行了較深入研究，得出主要結(jié)論為：(1)分析計算和試驗研究的結(jié)果均表明北汊通航孔橋具有良好的氣動穩(wěn)定性，無論是成橋狀態(tài)還是施工狀態(tài)，其顫振臨界風(fēng)速都遠(yuǎn)大于顫振檢驗風(fēng)速，大橋有足夠的抗風(fēng)穩(wěn)定性。(2)在設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速下，成橋狀態(tài)、最長雙懸臂狀態(tài)、最長單懸臂狀態(tài)的抖振振幅都較小。但如雙懸臂長度繼續(xù)加長，兩懸臂端的抖振振幅必然增大，對塔和主梁

22、抗風(fēng)安全不利。因此設(shè)計考慮在施工過程中加設(shè)臨時墩是必要的，臨時墩的位置也是適當(dāng)?shù)摹?(3)北漢通航孔橋發(fā)生較大振幅的渦激共振的可能性很小，可以不必考慮渦激共振對結(jié)構(gòu)疲勞及運(yùn)行舒適性的影響。5.3 總結(jié)橋梁抗風(fēng)研究在以下幾方面仍然存在薄弱點，需要通過創(chuàng)新實現(xiàn)突破性進(jìn)展。5.31風(fēng)振機(jī)理研究從技術(shù)層面上看，大跨度橋梁的顫振穩(wěn)定性問題和長拉索風(fēng)雨激振問題可以通過有效的結(jié)構(gòu)和氣動措施加以解決。但是由于對機(jī)理研究的滯后，至今仍然沒有充分弄清顫振發(fā)散的微觀機(jī)制，拉索風(fēng)雨激振的機(jī)制以及能有效抑制風(fēng)致振動的一些氣動措施的空氣動力學(xué)機(jī)制。因此，對風(fēng)振機(jī)理的研究是一個需要長期努力的課題。只有弄清了各類風(fēng)振的致振和

23、抑制機(jī)理，才能實現(xiàn)從技術(shù)層面向科學(xué)層面的飛躍。5.32風(fēng)振理論的精細(xì)化對于非危險性的限幅風(fēng)致振動，如抖振和渦振，應(yīng)該說雖然已經(jīng)建立起一套可用于解決工程抗風(fēng)設(shè)計的近似方法，但對于風(fēng)特性參數(shù)的合理取值，氣動參數(shù)、特別是氣動導(dǎo)納函數(shù)的識別以及通過節(jié)段模型識別參數(shù)時的雷諾數(shù)效應(yīng)等都存在著一些不確定性和難度，致使分析結(jié)果與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)還不能取得一致，需要通過典型工程的案例研究加以對比和驗證，對現(xiàn)行的抖振和渦振分析理論進(jìn)行精細(xì)化的改進(jìn)，甚至建立新的分析理論和方法。可以說，要更好地解決橋梁抖振和渦振的分析和控制問題，還有許多工作要做。5.33概率性評價方法風(fēng)是一種隨機(jī)荷載。對各種風(fēng)振的安全檢驗和評價理應(yīng)采用

24、概率性的方法。然而，由于動力可靠度分析在理論上的困難以及各種統(tǒng)計參數(shù)的缺乏，目前雖然國內(nèi)外部分學(xué)者對幾座大橋做了概率性評價的初步探索，但幾乎所有國家的抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范仍采用基于經(jīng)驗安全系數(shù)的確定性方法來進(jìn)行各類風(fēng)振的安全檢驗。在世界橋梁設(shè)計規(guī)范已經(jīng)向基于可靠度理論的方向過渡的總形勢下，應(yīng)當(dāng)通過努力盡快改變抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范的落后局面。5.34 CFD技術(shù)和數(shù)值風(fēng)洞用計算流體動力學(xué)對橋梁抗風(fēng)工程問題進(jìn)行三維空氣壓力分布和動態(tài)變化的細(xì)觀分析來認(rèn)識各類風(fēng)致振動的發(fā)生機(jī)制，已被Et益證明是一種十分有效和有巨大前景的數(shù)值模擬手段。運(yùn)用這種方法可以同時考察結(jié)構(gòu)各部分不同風(fēng)致振動的相互作用以及獲得各種有效減振措施的空

25、氣動力學(xué)解釋。目前，對于氣動彈性分析的數(shù)值模擬技術(shù)，在二維模型和均勻來流條件下的計算已比較成熟，正在向三維模型、紊流風(fēng)場和高雷諾數(shù)方向發(fā)展。數(shù)值模擬和縮尺物理模型實驗相比，可以避免縮尺模型制作帶來的材料本構(gòu)關(guān)系的相似性困難和其他的縮尺效應(yīng)問題(如雷諾數(shù)效應(yīng))。此外，前面提到的關(guān)于風(fēng)振機(jī)理研究和風(fēng)振理論精細(xì)化研究也有賴于數(shù)值模擬方法的幫助，以便于揭示致振機(jī)理、改進(jìn)參數(shù)識別精度、提高抗風(fēng)措施的有效性以及建立更為合理的抖振和渦振理論框架等?？梢灶A(yù)期，隨著計算流體動力學(xué)理論的進(jìn)步，數(shù)值模擬方法將會逐步替代風(fēng)洞實驗形成“數(shù)值風(fēng)洞”新技術(shù)。因此，數(shù)值模擬方法應(yīng)當(dāng)是本世紀(jì)的研發(fā)目標(biāo)。5.35橋梁等效風(fēng)荷載風(fēng)荷載是大跨度橋梁設(shè)計中的控制荷載，尤其是在施工懸臂拼裝階段，風(fēng)荷載更是關(guān)系到施工安全的重要因素。然而，目前規(guī)范中規(guī)定的風(fēng)荷載計算方法仍是近似的。除了平均風(fēng)引起的靜風(fēng)荷載外，脈動風(fēng)的作用則分解成用陣風(fēng)系數(shù)考慮的靜力作用以及抖振響應(yīng)所引起的慣性荷載作用。實際上兩部分作用是不可分割的，存在相互作用的機(jī)制，即隨時間變化的脈動風(fēng)對振動著的橋梁結(jié)構(gòu)的總作用。應(yīng)當(dāng)通過對實橋或全橋模型試驗的應(yīng)力測試來了解這一規(guī)律，或者通過數(shù)值模擬方法直接從風(fēng)壓分布獲得風(fēng)荷載，并通過比較和檢驗推進(jìn)橋梁等效風(fēng)荷載的研究，提高