（高清版）JTGT 3360-01-2018 公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范

中華人民共和國行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)人民交通出版社股份有限公司根據(jù)交通運輸部辦公廳《關(guān)于下達(dá)2013年度公路工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制修訂項目計劃的通知》(交公路字〔2013〕169號)的要求，由同濟(jì)大學(xué)承擔(dān)對《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(JTG/TD60-01—2004)(以下簡稱《規(guī)范》04版)的修訂工作。本規(guī)范是對《規(guī)范》04版的全面修訂。經(jīng)批準(zhǔn)頒發(fā)后以《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)本次規(guī)范修訂工作，系統(tǒng)總結(jié)了《規(guī)范》04版實施以來我國公路橋梁建設(shè)的經(jīng)驗，在充分吸收近年來我國橋梁抗風(fēng)研究和抗風(fēng)設(shè)計成果的基礎(chǔ)上，有針對性地開展了專項支撐科研項目，參考借鑒了歐洲規(guī)范、英國BS5400規(guī)范、美國公路橋梁設(shè)計規(guī)范、日本和丹麥的規(guī)范或指南及其相關(guān)研究成果和工程實踐經(jīng)驗，經(jīng)過反復(fù)征求意見和修改，由交通運輸部主管部門會同有關(guān)部門審查定稿。本次修訂的主要內(nèi)容包括：增加了基本要求、風(fēng)致行車安全、虛擬風(fēng)洞試驗、橋址風(fēng)觀測等相關(guān)規(guī)定；修訂了全國基本風(fēng)速圖和風(fēng)速值表；調(diào)整了風(fēng)速參數(shù)確定的相關(guān)規(guī)定；補充了設(shè)計紊流強(qiáng)度的規(guī)定；調(diào)整并補充了風(fēng)荷載確定的相關(guān)規(guī)定；補充了斜拉索與吊桿等動力特性基頻估算，修訂了阻尼比確定的內(nèi)容；修訂了抗風(fēng)承載能力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)設(shè)計的有關(guān)規(guī)定；補充了減振阻尼器設(shè)計的相關(guān)規(guī)定。本規(guī)范由陳艾榮負(fù)責(zé)起草第1章、第2章、第3章，陳艾榮、馬如進(jìn)負(fù)責(zé)起草第4章、第9章與附錄A,馬如進(jìn)負(fù)責(zé)起草第5章、第6章，陳艾榮、王達(dá)磊負(fù)責(zé)起草第7章、第8章，王達(dá)磊、馬如進(jìn)負(fù)責(zé)起草第10章，王達(dá)磊負(fù)責(zé)起草第11章，馬如進(jìn)、劉高負(fù)責(zé)起草附錄B,王達(dá)磊、艾輝林負(fù)責(zé)起草附錄C,艾輝林、劉高、劉天成負(fù)責(zé)起草請各單位在執(zhí)行過程中，將發(fā)現(xiàn)的問題和意見，函告本規(guī)范日常管理組，聯(lián)系人：陳艾榮(地址：上海市四平路1239號同濟(jì)大學(xué)橋梁館313室；郵政編碼：200092;電話傳真E-mail:a.chen@),以便下次參編單位：中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司上海矩尺土木科技有限公司中交公路長大橋建設(shè)國家工程研究中心有限公司主編：陳艾榮主要參編人員：馬如進(jìn)主審：吉林王達(dá)磊艾輝林劉天成參與審查人員：陳政清廖海黎李龍安彭元誠韓大章茅兆祥許福友劉志文馬人樂李加武王似舜吳懷義參與人員：李其恒崔傳杰1——— 1 22.1術(shù)語 22.2符號 73基本要求 93.1一般規(guī)定 93.2抗風(fēng)設(shè)計目標(biāo)及性能要求 3.3風(fēng)荷載與其他作用組合 3.4橋梁抗風(fēng)設(shè)計流程 4風(fēng)速參數(shù) 4.1基本風(fēng)速 4.2設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速 4.3設(shè)計紊流強(qiáng)度 5風(fēng)荷載 5.1一般規(guī)定 5.2等效靜陣風(fēng)風(fēng)速 5.3主梁上的等效靜陣風(fēng)荷載 5.4橋墩、橋塔、斜拉索、主纜和吊桿(索)上的等效靜陣風(fēng)荷載 5.5抖振慣性荷載及其效應(yīng) 5.6施工階段的風(fēng)荷載 6橋梁的動力特性 6.1一般規(guī)定 6.2動力特性計算有限元建模原則 6.3斜拉橋的基頻估算 6.4懸索橋的基頻估算 6.5斜拉索及吊桿的頻率估算公式 6.6橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼比 7抗風(fēng)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計 7.1一般規(guī)定 7.2靜風(fēng)穩(wěn)定性 7.3馳振穩(wěn)定性 公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范(JTG/T3360-01—2018)2——7.4尾流馳振 ——7.5顫振穩(wěn)定性 7.6渦激共振 7.7施工階段的抗風(fēng)穩(wěn)定性檢驗 8.1一般規(guī)定 8.2渦激共振 8.3抖振 8.4斜拉索與吊桿(索) 8.5風(fēng)振舒適度控制標(biāo)準(zhǔn) 9風(fēng)致振動控制 9.1一般規(guī)定 9.2主梁 9.3橋塔和高墩 9.4斜拉索和吊桿(索) 9110風(fēng)致行車安全 10.2風(fēng)致行車安全評估 附錄A全國橋梁抗風(fēng)風(fēng)險區(qū)劃圖及風(fēng)速參數(shù)分布圖表 附錄B橋址風(fēng)觀測基本要求 附錄C風(fēng)洞試驗要求 附錄D虛擬風(fēng)洞試驗要求 1總則1.0.1為規(guī)范和指導(dǎo)公路橋梁的抗風(fēng)設(shè)計，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則，制定本規(guī)范。近年來，我國及世界橋梁的建設(shè)得到了快速發(fā)展，各類橋梁的建設(shè)也得益于抗風(fēng)設(shè)計理論和技術(shù)的不斷進(jìn)步。1995年，我國出版了第一部《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計指南》。2004年，在吸收借鑒了歐洲規(guī)范、英國BS5400規(guī)范、美國公路橋梁設(shè)計規(guī)范以及日本和丹麥的抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范或指南，并在我國橋梁抗風(fēng)研究和已建橋梁實踐的基礎(chǔ)上，編制并頒布了《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(JTG/TD60-01—2004),主要用于規(guī)范和指導(dǎo)公路橋梁的抗風(fēng)設(shè)計。此次修訂吸納了近年來國內(nèi)外橋梁成熟的抗風(fēng)設(shè)計經(jīng)驗和研究成果，采用了基于性能的設(shè)計思想以及以分項系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計方法。1.0.2本規(guī)范適用于主跨跨徑350m以下的梁橋、主跨跨徑600m以下的拱橋、主跨跨徑1200m以下的斜拉橋、主跨跨徑2000m以下的懸索橋以及其他各類公路橋梁的抗1.0.3在設(shè)計使用年限內(nèi)，橋梁結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的抗風(fēng)性能應(yīng)滿足下列要求：1在設(shè)計風(fēng)作用水平或與其他作用效應(yīng)組合下，應(yīng)滿足規(guī)定的強(qiáng)度、剛度及靜力2在設(shè)計風(fēng)作用水平下，應(yīng)滿足規(guī)定的靜風(fēng)穩(wěn)定性和氣動穩(wěn)定性要求。3在設(shè)計風(fēng)作用水平或與其他作用效應(yīng)組合下，應(yīng)滿足規(guī)定的耐久性、疲勞、行車及行人的安全性與舒適性要求。1.0.4應(yīng)根據(jù)橋位風(fēng)環(huán)境、橋型、跨徑等因素選擇合適的橋梁結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)件氣動外形，必要時應(yīng)通過增設(shè)氣動措施、附加阻尼措施改善或提高結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能。1.0.5公路橋梁的抗風(fēng)設(shè)計除應(yīng)符合本規(guī)范的要求外，尚應(yīng)符合國家和行業(yè)現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。22術(shù)語和符號2.1.1基本風(fēng)速basicwindspeed橋梁所在地區(qū)開闊平坦地貌條件下，地面以上10m高度、重現(xiàn)期100年(即100年超越概率63.2%)、10min平均的年最大風(fēng)速。2.1.2橋梁設(shè)計基本風(fēng)速basicwindspeedatbridgesite橋位地面(或水面)以上10m高度、重現(xiàn)期100年(即100年超越概率63.2%)、10min平均的年最大風(fēng)速。2.1.3設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速referencewindspeed橋梁或構(gòu)件基準(zhǔn)高度、重現(xiàn)期100年(即100年超越概率63.2%)、10min平均的年最大風(fēng)速。2.1.4橋梁設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速bridgereferencewindspeed特指橋梁主梁基準(zhǔn)高度處的設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速。風(fēng)的主流方向與水平面之間的夾角。2.1.6風(fēng)偏角yawangle風(fēng)的主流方向在水平面的投影與橋軸線的垂直面的夾角，如圖2.1.6所示。圖2.1.6風(fēng)偏角定義示意圖2.1.7陣風(fēng)系數(shù)gustfactor時距為1～3s的瞬時風(fēng)速與時距為10min的平均風(fēng)速之間的比例系數(shù)，如圖2.1.7所示。2.1.8紊流強(qiáng)度turbulenceintensity描述脈動風(fēng)速隨時間和空間變化程度的參數(shù)，為風(fēng)速的脈動分量的標(biāo)準(zhǔn)差與平均風(fēng)速之比。2.1.9W1風(fēng)作用水平windactionW1對應(yīng)于重現(xiàn)期10年(即10年超越概率65.1%)的風(fēng)作用水平。2.1.10W2風(fēng)作用水平windactionW2對應(yīng)于重現(xiàn)期100年(即100年超越概率63.2%)的風(fēng)作用水平。2.1.11等效靜陣風(fēng)系數(shù)equivalentstaticgustwindfactor考慮紊流強(qiáng)度、脈動空間相關(guān)性、加載長度(或高度)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件離地面(或水面)高度等因素的順風(fēng)向風(fēng)荷載加載時的風(fēng)速比例系數(shù)。2.1.12地表粗糙高度terrainroughnessheight反映大氣邊界層中地表起伏或地物高矮稀密程度的參數(shù)。2.1.13氣動力aerodynamicforce風(fēng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件所產(chǎn)生的氣動作用力的總稱。2.1.14氣動力系數(shù)aerodynamicforcecoefficients表征在風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件所受氣動力大小的無量綱參數(shù)。2.1.15靜氣動力aerostaticforce表征平均風(fēng)作用在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的靜力作用力。在橫橋向風(fēng)作用下，對主梁可以用靜力三分力表示，在體軸上稱為橫橋向力、豎向力和扭轉(zhuǎn)力矩，在風(fēng)軸上稱為阻力、升力和扭轉(zhuǎn)力矩。相應(yīng)的氣動力系數(shù)在體軸上稱為橫橋向力系數(shù)、豎向力系數(shù)和扭轉(zhuǎn)力矩系數(shù)，在風(fēng)軸上稱為阻力系數(shù)、升力系數(shù)和扭轉(zhuǎn)力矩系數(shù)。2.1.16靜力穩(wěn)定性staticstability結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在靜力荷載作用下維持平衡狀態(tài)的能力。2.1.17靜風(fēng)穩(wěn)定性aerostaticstability在靜氣動力作用下，結(jié)構(gòu)的變形所引起的附加氣動力超過了結(jié)構(gòu)抵抗能力的增量而出現(xiàn)變形不斷增大的失穩(wěn)或發(fā)散現(xiàn)象，稱為靜風(fēng)失穩(wěn)，包含靜風(fēng)橫向失穩(wěn)與靜風(fēng)扭轉(zhuǎn)發(fā)散。靜風(fēng)穩(wěn)定性為橋梁在靜氣動力作用下維持平衡狀態(tài)而不出現(xiàn)靜風(fēng)失穩(wěn)的能力。2.1.18靜風(fēng)橫向失穩(wěn)aerostaticlateralbuckling橫向靜風(fēng)荷載值超過橋梁主梁橫向失穩(wěn)臨界荷載值時出現(xiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象。2.1.19靜風(fēng)扭轉(zhuǎn)發(fā)散aerostatictorsionaldivergence在風(fēng)的靜力扭轉(zhuǎn)力矩作用下，橋梁主梁扭轉(zhuǎn)變形的附加攻角所產(chǎn)生的氣動力矩增量超過了結(jié)構(gòu)抵抗力矩的增量，出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)角不斷增大的發(fā)散現(xiàn)象。2.1.20氣動失穩(wěn)—aerodynamicinstability振動的橋梁或構(gòu)件由于氣流的反饋作用不斷吸取能量，其振動振幅逐步或突然增大的發(fā)散性自激振動失穩(wěn)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為顫振和馳振兩種形式。振動的橋梁或構(gòu)件通過氣流的反饋作用不斷吸取能量，扭轉(zhuǎn)振幅逐步或突然增大的發(fā)散性自激振動失穩(wěn)現(xiàn)象。振動的橋梁或構(gòu)件通過氣流的反饋作用不斷吸取能量，橫風(fēng)向彎曲振幅逐步增大的發(fā)散性自激振動失穩(wěn)現(xiàn)象。2.1.23尾流馳振wakegalloping一定距離內(nèi)的并列結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在上游結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的尾流誘發(fā)下，下游結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生的一種馳振現(xiàn)象。52.1.24渦激共振vortexresonance風(fēng)經(jīng)過結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生漩渦脫落，當(dāng)漩渦脫落頻率與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的自振頻率接近或相等時，由渦激力所激發(fā)出的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的一種共振現(xiàn)象。2.1.25抖振buffeting在風(fēng)的脈動力、上游構(gòu)造物尾流的脈動力或風(fēng)繞流結(jié)構(gòu)的紊流脈動力的作用下，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件發(fā)生的一種隨機(jī)振動現(xiàn)象。2.1.26抖振慣性荷載buffetinginertialload結(jié)構(gòu)抖振引起的慣性作用力。2.1.27風(fēng)雨激振wind-raininducedvibration拉索或吊索在風(fēng)和雨共同作用下發(fā)生的一種馳振現(xiàn)象。2.1.28參數(shù)共振parameteroscillation橋面或橋塔在斜拉索弦長方向的小幅振動引起的一種斜拉索橫向振動放大現(xiàn)象。2.1.29線性內(nèi)部共振linearlyinternalresonanceoscillation橋面或橋塔在垂直于斜拉索弦長方向的小幅振動引起的一種斜拉索橫向振動放大結(jié)構(gòu)發(fā)生靜風(fēng)橫向失穩(wěn)和靜風(fēng)扭轉(zhuǎn)發(fā)散的最低風(fēng)速，相應(yīng)的臨界風(fēng)速也稱為靜風(fēng)橫向失穩(wěn)臨界風(fēng)速和靜風(fēng)扭轉(zhuǎn)發(fā)散臨界風(fēng)速。2.1.31顫振臨界風(fēng)速fluttercriticalwindspeed結(jié)構(gòu)或構(gòu)件發(fā)生顫振的最低風(fēng)速。2.1.32馳振臨界風(fēng)速gallopingcriticalwindspeed結(jié)構(gòu)或構(gòu)件發(fā)生馳振的最低風(fēng)速。2.1.33渦激共振起振風(fēng)速vortexresonanceonsetwindspeed結(jié)構(gòu)或構(gòu)件發(fā)生渦激共振的最低風(fēng)速。以人工的方式產(chǎn)生并且控制有一定流動特性的氣流，用來模擬試驗對象周圍氣體的流動情況，并根據(jù)相似性原理進(jìn)行各種空氣動力學(xué)試驗的一種管道狀試驗設(shè)備。2.1.35虛擬風(fēng)洞virtualwindtunnel基于計算流體動力學(xué)的基本原理，通過計算機(jī)模擬生成均勻流或紊流風(fēng)場，并對風(fēng)場中的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的繞流、氣動力、氣彈現(xiàn)象等進(jìn)行模擬及計算分析的仿真技術(shù)。2.1.36風(fēng)洞試驗windtunneltesting在風(fēng)洞中，研究氣體流動及其與結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的相互作用，以獲取風(fēng)環(huán)境參數(shù)、結(jié)構(gòu)氣動力、驗證抗風(fēng)性能的試驗。2.1.37虛擬風(fēng)洞試驗virtualwindtunneltesting在虛擬風(fēng)洞中，研究氣體流動及其與結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的相互作用，以獲取風(fēng)環(huán)境參數(shù)、結(jié)構(gòu)氣動力、驗證抗風(fēng)性能的試驗。2.1.38節(jié)段模型試驗sectionalmodeltesting將結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的代表性節(jié)段加工成或模擬成剛性模型，所進(jìn)行的獲取結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)、檢驗抗風(fēng)性能的試驗。2.1.39靜氣動力試驗aerostaticforcetesting獲取結(jié)構(gòu)或構(gòu)件靜氣動力的試驗。2.1.40節(jié)段模型振動試驗sectionalmodelvibrationtesting利用節(jié)段模型測試結(jié)構(gòu)或構(gòu)件振動響應(yīng)的試驗。利用橋塔模型測試橋塔靜氣動力或振動響應(yīng)的試驗。2.1.42全橋氣動彈性模型試驗fullbridgeaeroelasticmodeltesting將橋梁結(jié)構(gòu)按一定相似條件加工成或模擬成三維彈性模型，利用該模型進(jìn)行的獲取結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)以及檢驗抗風(fēng)性能的試驗?？紤]橋址所在地及其周邊一定范圍內(nèi)的地形、建筑物等影響，獲取橋址風(fēng)參數(shù)及其分布的試驗。2.1.44橋面行車風(fēng)環(huán)境試驗bridgedeckwindenvironmenttesting考慮橋塔、橋頭建筑、拱肋及桁架等對行車的影響所進(jìn)行的獲取橋面行車高度范圍的風(fēng)速剖面及繞流特征的試驗。72.1.45風(fēng)致振動控制windinducedvibrationcontrol提高或改善結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抗風(fēng)性能的技術(shù)，包括增設(shè)氣動措施、附加阻尼措施、增加結(jié)構(gòu)措施等。安裝在主梁上降低橋面?zhèn)认蝻L(fēng)速影響以提高橋面行車安全性和舒適性的一種結(jié)構(gòu)，一般由立柱、障條、錨固與減振等組成。2.1.47風(fēng)障擋風(fēng)率solidratioofwindscreen風(fēng)障正立面實體部分面積與風(fēng)障外輪廓總面積的比值。2.2符號B——主梁的特征寬度；b——主梁特征寬度的一半；D主梁的特征高度；Fp——單位長度上的風(fēng)荷載；F——單位長度上的等效靜陣風(fēng)荷載；F?——體軸坐標(biāo)系中單位長度上的水平向風(fēng)荷載；Fv體軸坐標(biāo)系中單位長度上的垂直向風(fēng)荷載；F?——風(fēng)軸坐標(biāo)系中單位長度上的順風(fēng)向風(fēng)荷載；F——風(fēng)軸坐標(biāo)系中單位長度上的橫風(fēng)向風(fēng)荷載；H——橋塔高度；G—等效靜陣風(fēng)系數(shù)；t——顫振穩(wěn)定性指數(shù)；縱向、橫向、垂直向脈動風(fēng)速設(shè)計紊流強(qiáng)度；截面的主形心軸慣性矩；l?——截面的自由扭轉(zhuǎn)常數(shù)；I——主梁的單位長度質(zhì)量慣性矩；I%——截面的約束扭轉(zhuǎn)常數(shù)；L——橋梁主跨跨徑；l——拉索或吊桿的長度；m——結(jié)構(gòu)單位長度質(zhì)量；r——截面慣性半徑；U?——基本風(fēng)速；U??——橋梁設(shè)計基本風(fēng)速；U——馳振臨界風(fēng)速；U——顫振臨界風(fēng)速；U?——等效靜陣風(fēng)風(fēng)速；U——施工階段的設(shè)計風(fēng)速；U——豎向渦激共振起振風(fēng)速；Un——扭轉(zhuǎn)渦激共振起振風(fēng)速；U?——距地面(或水面)高度Z處的風(fēng)速；μ——結(jié)構(gòu)物與空氣的密度比；p——空氣密度；3基本要求3.1一般規(guī)定3.1.1橋梁的抗風(fēng)設(shè)計應(yīng)考慮風(fēng)的靜力作用與動力作用，并根據(jù)不同的抗風(fēng)性能要求按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計和檢驗。條文說明風(fēng)對橋梁結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)一般分為靜力效應(yīng)、靜風(fēng)效應(yīng)和動力效應(yīng)。靜力效應(yīng)主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形與內(nèi)力以及靜力失穩(wěn)；靜風(fēng)效應(yīng)主要表現(xiàn)為風(fēng)引起的結(jié)構(gòu)靜風(fēng)失穩(wěn)，如靜風(fēng)扭轉(zhuǎn)發(fā)散和靜風(fēng)橫向失穩(wěn)；動力效應(yīng)包含抖振和渦激共振等有限振幅振動，以及顫振和馳振等氣動失穩(wěn)現(xiàn)象。表3-1給出了風(fēng)對橋梁結(jié)構(gòu)作用的效應(yīng)分類。內(nèi)力和變形力作用風(fēng)的靜力扭矩作用風(fēng)的靜力阻力與扭矩共同作用親流風(fēng)隨機(jī)激勵作用時的渦激力作用結(jié)構(gòu)振動自激力的氣動負(fù)阻尼作用結(jié)構(gòu)振動自激力的氣動阻尼及剛度作用3.1.2應(yīng)根據(jù)橋址風(fēng)環(huán)境、橋型、跨徑、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件外形等因素對橋梁風(fēng)致振動的可能性進(jìn)行評估。條文說明表3-2為日本《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計指南》給出的斜拉橋、懸索橋和鋼梁橋風(fēng)致振動可能性的簡易判別條件。FLU?/B>330,B/D<5,I<0.15,鋼梁渦激共振閉口斷面LU?/B>330,B/D<5,I?<0.15,鋼梁渦激共振渦激共振3.1.3當(dāng)判定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在風(fēng)作用下存在疲勞問題時，應(yīng)進(jìn)行抗疲勞設(shè)計。3.1.4當(dāng)判定橋面高度處風(fēng)對行車安全及舒適性存在影響時，應(yīng)按本規(guī)范第10章的規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)致行車安全評估及設(shè)計。3.2抗風(fēng)設(shè)計目標(biāo)及性能要求3.2.1橋梁抗風(fēng)風(fēng)險區(qū)域應(yīng)根據(jù)基本風(fēng)速大小按表3.2.1進(jìn)行劃分，風(fēng)險區(qū)域可按本規(guī)范附錄A.1全國橋梁抗風(fēng)風(fēng)險區(qū)劃圖選取。條文說明對全國761個氣象臺站的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明，所有氣象臺站的基本風(fēng)速平均值為29.1m/s。將橋梁所在地區(qū)根據(jù)基本風(fēng)速的大小劃分為三類風(fēng)險區(qū)域，分別對應(yīng)為R1、R2和R3,三類等級所對應(yīng)的風(fēng)速范圍的概率水平相接近，并考慮到氣象意義上風(fēng)力等級已被廣泛接受，因此將三類等級與風(fēng)力水平相銜接，其中R1為十二級或超過十二級大風(fēng)，R2介于十級風(fēng)與十一級大風(fēng)之間，R3為不大于九級風(fēng)。表3-3給出了氣象上的風(fēng)力等級及對應(yīng)的風(fēng)速范圍。風(fēng)力陸地地面物征象風(fēng)速范圍0 靜1尋常漁船略覺搖晃煙能表示風(fēng)向，但風(fēng)向標(biāo)不能轉(zhuǎn)動2轉(zhuǎn)動34能吹起地面灰塵和紙張，樹的小枝搖動5漁船縮帆(即帆收去的一部分)678近港的漁船皆停留不出9煙囪頂部及平瓦移動，小屋有損陸上少見，見時可使樹木拔起或?qū)⒔ㄖ懮仙僖?，有時必有重大損毀陸上罕見，其搗毀力極大3.2.2橋梁的抗風(fēng)設(shè)計按W1風(fēng)作用水平和W2風(fēng)作用水平確定，對應(yīng)風(fēng)速取值及設(shè)計目標(biāo)應(yīng)滿足表3.2.2的規(guī)定。①重現(xiàn)期10年(即10年超越概率65.1%)的設(shè)計風(fēng)速；25m/s時，取25m/s靜力穩(wěn)定性及耐久性要求；度要求；③在W1風(fēng)作用水平及以下風(fēng)速范圍不應(yīng)發(fā)生影響表3.2.2(續(xù))①應(yīng)滿足規(guī)定的強(qiáng)度、剛度及靜力穩(wěn)定性要求；②應(yīng)滿足規(guī)定的靜風(fēng)穩(wěn)定性和氣動穩(wěn)定性要求；條文說明W1和W2兩個風(fēng)作用水平對應(yīng)的風(fēng)速分別為重現(xiàn)期10年(10年超越概率65.1%)與重現(xiàn)期100年(100年超越概率63.2%)對應(yīng)的風(fēng)速值。設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)的超越概率與重現(xiàn)期的關(guān)系可以用式(3-1)表示。式中：Pr(t≤t?)——設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)的超越概率；tr——設(shè)計基準(zhǔn)期(年);p——年超越概率，一般取1/t。W1風(fēng)作用水平體現(xiàn)了頻遇荷載的概念，本規(guī)范取用了重現(xiàn)期10年(10年超越概率65.1%)作為W1風(fēng)作用水平的風(fēng)速取值依據(jù)，并另外規(guī)定以主梁高度處25m/s的風(fēng)速作為與車輛荷載組合的風(fēng)速限值。3.2.3橋梁抗風(fēng)性能的設(shè)計參數(shù)應(yīng)按表3.2.3確定。內(nèi)力、應(yīng)力、靜力穩(wěn)定性等內(nèi)力、應(yīng)力、靜力穩(wěn)定性等臨界風(fēng)速臨界風(fēng)速臨界風(fēng)速3.3風(fēng)荷載與其他作用組合3.3.1風(fēng)荷載與其他作用的組合應(yīng)符合現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTGD60)的規(guī)定，并應(yīng)遵循下列原則：1當(dāng)風(fēng)荷載與汽車荷載及相關(guān)作用組合時，風(fēng)荷載按W1風(fēng)作用水平確定。2在W2風(fēng)作用水平下進(jìn)行相關(guān)極限狀態(tài)設(shè)計時，汽車荷載不參與荷載組合。3.3.2風(fēng)荷載與其他作用組合時的分項系數(shù)、組合值系數(shù)應(yīng)按下列原則確定：1按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，在風(fēng)荷載作為主要可變作用的基本組合中，風(fēng)速按W2風(fēng)作用水平選取，汽車荷載不參與組合，風(fēng)荷載的分項系數(shù)γo,=1.4。2按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，在車輛荷載或其他可變作用作為主要可變作用的基本組合中，風(fēng)速按W1風(fēng)作用水平選取，風(fēng)荷載的分項系數(shù)γq,=1.1,組合值系數(shù)3按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，風(fēng)速按WI風(fēng)作用水平選取，風(fēng)荷載的頻遇值系數(shù)ψ;和準(zhǔn)永久值系數(shù)ψ。均取1.0。現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTGD60)中規(guī)定了基本組合為永久作用設(shè)計值和可變作用設(shè)計值的組合。實際應(yīng)用中取某個荷載為主要可變作用，其他荷載參與組合。風(fēng)荷載存在兩種可能組合的情況：①風(fēng)荷載作為主要可變作用；②車輛荷載或其他作用組合作為主要可變作用，風(fēng)荷載參與組合。兩組情況分別按兩種風(fēng)作用水平選取設(shè)3.4橋梁抗風(fēng)設(shè)計流程3.4.1橋梁結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計的流程可按圖3.4.1進(jìn)行。橋梁抗風(fēng)設(shè)計貫穿于橋梁設(shè)計的各個階段，可根據(jù)橋梁所在地的風(fēng)險區(qū)域和結(jié)構(gòu)特征分步驟實施。對風(fēng)動力作用不敏感的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，設(shè)計中可僅考慮風(fēng)的靜力作用效應(yīng)；對風(fēng)動力作用敏感的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，需要同時進(jìn)行風(fēng)的靜力和動力作用下的抗風(fēng)設(shè)計。對風(fēng)致行車安全有影響的橋梁，還需要考慮風(fēng)致行車安全等問題。風(fēng)致行車安全設(shè)計的可能性有氣動外形優(yōu)化結(jié)構(gòu)減振措施改變結(jié)構(gòu)體系無圖3.4.1橋梁結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計流程4風(fēng)速參數(shù)4.1基本風(fēng)速4.1.1當(dāng)橋梁所在地區(qū)的氣象臺站具有足夠的連續(xù)風(fēng)觀測數(shù)據(jù)時，宜采用當(dāng)?shù)貧庀笈_站10min平均年最大風(fēng)速的概率分布模型，推算重現(xiàn)期100年(100年超越概率63.2%)的風(fēng)速數(shù)學(xué)期望值作為基本風(fēng)速U?。4.1.2當(dāng)缺乏風(fēng)觀測資料時，橋梁所在地區(qū)的基本風(fēng)速可依據(jù)本規(guī)范附錄A.2全國基本風(fēng)速分布值及分布圖或本規(guī)范附錄A.3全國主要地區(qū)不同重現(xiàn)期的風(fēng)速值，按較大值選取。本規(guī)范附錄A.2與A.3中給出的風(fēng)速取值，是以我國761個基本氣象觀測臺站自建站起至2015年間記錄的風(fēng)速氣象資料為依據(jù)分析得到的，所采用的氣象臺站歷史數(shù)據(jù)覆蓋時間為1953—2015年。此次所提供的基本風(fēng)速值和其他不同重現(xiàn)期的風(fēng)速值是采用預(yù)測均值匹配法對缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行插補，利用四階線性矩檢驗法確定各臺站極值風(fēng)速并擬合出最優(yōu)概率模型及分布參數(shù)，在滿足99%保證率基礎(chǔ)上按不同重現(xiàn)期計算得到的。4.1.3全國各氣象臺站風(fēng)速概率分布模型及參數(shù)值可按本規(guī)范附錄A.4選取。由于全國各個氣象臺站的歷史數(shù)據(jù)在區(qū)域分布上差異較大，概率分布模式不盡相同，極值風(fēng)速的計算若采用單一的極值分布類型是不盡合理的。為充分考慮母樣本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征，需要根據(jù)分布條件選擇最優(yōu)的概率模型，再對極值風(fēng)速進(jìn)行預(yù)測。四階線性矩檢驗法根據(jù)概率密度分布函數(shù)與樣本之間的四階線性矩系數(shù)之差的絕對值最小來確定最優(yōu)的概率密度模型函數(shù)。此次極值風(fēng)速的計算，根據(jù)該方法從廣義極值分布、皮爾遜Ⅲ型分布、廣義邏輯分布、廣義帕累托分布及廣義正態(tài)分布中確定最優(yōu)的分布函數(shù)，以及相應(yīng)的位置參數(shù)、尺度參數(shù)和形狀參數(shù)，并利用最優(yōu)模型及參數(shù)預(yù)測得到基本風(fēng)速。本規(guī)范附錄A.4中的概率分布模型是根據(jù)氣象臺站的歷史數(shù)據(jù)擬合得到的。利用該模型得到的不同重現(xiàn)期下的風(fēng)速值可能與本規(guī)范附錄A.2和附錄A.3存在一定差別，其原因在于本規(guī)范附錄A.2和附錄A.3中的風(fēng)速值經(jīng)過了相鄰氣象臺站的相關(guān)性修正。4.1.4當(dāng)從氣象臺站統(tǒng)計分析或通過本規(guī)范附錄A獲得的基本風(fēng)速U小于24.5m/s時，U應(yīng)取為24.5m/s。條文說明為確保橋梁具有基本的抗風(fēng)能力，根據(jù)能力設(shè)計的思想，本規(guī)范規(guī)定了最低基本風(fēng)速24.5m/s的要求。4.2設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速4.2.1地表粗糙度系數(shù)α?及地表粗糙高度z?可按表4.2.1的規(guī)定選取；當(dāng)橋位周邊粗糙度存在差異時，可按下列方法確定：1當(dāng)所考慮范圍內(nèi)存在兩種粗糙度相差較大的地表類別時，地表粗糙度系數(shù)可取兩者的平均值。2當(dāng)所考慮范圍內(nèi)存在兩種相近地表類別時，可按地表粗糙度系數(shù)較小者取用；當(dāng)橋梁上下游側(cè)地表類別不同時，可按地表粗糙度系數(shù)較小一側(cè)取值。3地表粗糙度系數(shù)影響范圍可根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大高度h。與長度l。按圖4.2.1選取。表4.2.1地表分類地表類別地表粗糙高度z?AB田野、鄉(xiāng)村、叢林、平坦開闊地及低層建筑物稀少地區(qū)C樹木及低層建筑物等密集地區(qū)、中高層建筑物稀少地區(qū)、D中高層建筑物密集地區(qū)、起伏較大的丘陵地a)橫橋向b)順橋向圖4.2.1確定地表粗糙度系數(shù)的影響范圍條文說明在大氣邊界層內(nèi)，風(fēng)速隨離地高度逐漸增大。風(fēng)速隨高度增大的規(guī)律，主要取決于地表類別和溫度垂直梯度。通常認(rèn)為在離地面高度為300～500m時，風(fēng)速不再受地表類別的影響，也即達(dá)到所謂“梯度風(fēng)速”,該高度稱之為梯度風(fēng)高度δ?。本規(guī)范各類地表類別的地表粗糙度系數(shù)α?分別取為0.12、0.16、0.22和0.30,地表粗糙高度z?分別取為0.01m、0.05m、0.3m和1.0m,梯度風(fēng)高度δ分別取為300m、350m、400m和450m。圖4-1給出了不同地表類別下的風(fēng)速剖面變化規(guī)律及相應(yīng)的梯度風(fēng)高度，當(dāng)?shù)竭_(dá)梯度風(fēng)高度之后認(rèn)為風(fēng)速不變。4.2.2橋梁各構(gòu)件基準(zhǔn)高度Z可按表4.2.2取用。取下列兩條中的較大值：高程-支點平均高程)×0.8;吊桿、拉索或主纜吊桿的中點距水面或地面的高度 橋塔(墩、柱)水面或地面以上塔(墩、的高度水面或地面以上塔(墩、柱)拱肋1橋梁主梁的基準(zhǔn)高度Z,可按式(4.2.3)確定：a)跨越山谷橋梁圖4.2.3跨越深切河谷或山谷橋梁的基準(zhǔn)高度示意4.2.4橋梁設(shè)計基本風(fēng)速U可根據(jù)橋地表類別按式(4.2.4)計算：U?—基本風(fēng)速(m/s)。地表類別ABCD值。而橋梁設(shè)計基本風(fēng)速U為橋址離開地面(或水面)對于C類和D類地表，按同樣方法可得到相應(yīng)的地表類別轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為0.785通過風(fēng)觀測可以確定橋梁設(shè)計基本風(fēng)速。表4-1給表4-1通過風(fēng)觀測確定橋梁設(shè)計基本風(fēng)速的工程示例主跨跨徑(m)寬闊江面寬闊海面四渡河大橋北盤江大橋(鎮(zhèn)勝高速公路)4.2.6橋梁或構(gòu)件基準(zhǔn)高度Z處的設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速可按式(4.2.6-1)、式(4.2.6-2)或1.5;對重要橋梁，可通過風(fēng)洞試驗或虛擬風(fēng)洞試驗獲得，且不應(yīng)小于1.0;選取，也可按式(4.2.6-3)～式(4.2.6-6)確定；當(dāng)計算確定的系數(shù)小于1.0或大于1.77時，應(yīng)按表4.2.6-2選取。表4.2.6-1抗風(fēng)風(fēng)險系數(shù)k基本風(fēng)速U?(m/s表4.2.6-2地表類別轉(zhuǎn)換及風(fēng)速高度修正系數(shù)kABCD5地表類別風(fēng)洞虛擬風(fēng)洞風(fēng)觀測北盤江大橋(鎮(zhèn)勝高速公路)√√√D北盤江大橋(杭瑞高速公路)√D√D四渡河大橋√√D√√√D√√√D鴨池河大橋√√D√C速U?可按橋址與周邊氣象臺站梯度風(fēng)速一致的原則，按式(4.2.8-1)、式(4.2.8-2)的距離為d?(i=1,2,…,n),η;可按式(4.2.8-3)確定。象臺站的距離分別為50km、37km、43km,三個氣象臺24.5m/s、25.2m/s,根據(jù)氣象臺站的地形地貌特征，推算出相應(yīng)梯度風(fēng)速分別為41.9m/s、43.4m/s、44.6m/s。根據(jù)式(4.2.8-2)可以計算出橋位處梯度風(fēng)速為4.2.9施工階段的設(shè)計風(fēng)速可按式(4.2.9)確定：k橋梁施工年限(年)1年10年風(fēng)速重現(xiàn)期(年)5k1高度ABCD(X方向)風(fēng)速為U,其平均風(fēng)速為U;橫向風(fēng)速為V,垂直向風(fēng)速為W,平均風(fēng)速分袋風(fēng)荷載5風(fēng)荷載5.1一般規(guī)定5.1.1作用在橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的風(fēng)荷載，應(yīng)考慮風(fēng)的靜力作用和風(fēng)的動力作用。條文說明風(fēng)作用在橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上會產(chǎn)生靜力和動力兩種效應(yīng)。風(fēng)作用下的結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)特征與結(jié)構(gòu)剛度大小有關(guān)。當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度較小時，動力響應(yīng)特征逐漸顯現(xiàn)，動力效應(yīng)較大。在抗風(fēng)設(shè)計中，對輕、柔的橋梁或構(gòu)件，需要考慮動力作用及其效應(yīng)。5.1.2橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的順風(fēng)向風(fēng)荷載可按本章規(guī)定的等效靜陣風(fēng)荷載計算。當(dāng)判定橋梁在風(fēng)作用下的動力作用效應(yīng)較大時，應(yīng)通過必要的風(fēng)洞試驗、虛擬風(fēng)洞試驗，以及相應(yīng)的數(shù)值分析獲取橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件橫風(fēng)向風(fēng)荷載及其效應(yīng)。條文說明一般將自然風(fēng)分為平均風(fēng)和脈動風(fēng)兩個部分。結(jié)構(gòu)在自然風(fēng)作用下會產(chǎn)生平均風(fēng)效應(yīng)和脈動風(fēng)效應(yīng)。脈動風(fēng)效應(yīng)由脈動風(fēng)的背景響應(yīng)和共振響應(yīng)組成，如圖5-1所示。陰影區(qū)域A所對應(yīng)的能量分布與風(fēng)速的能量分布相似，為不考慮結(jié)構(gòu)共振響應(yīng)時的功率譜；陰影區(qū)域B所對應(yīng)的能量分布則為結(jié)構(gòu)共振響應(yīng)的功率譜。當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度較大時，共振響應(yīng)部分占有比例很小。圖5-1風(fēng)致振動響應(yīng)功率譜分解示意圖5.2.1等效靜陣風(fēng)風(fēng)速U?可按式(5.2.1)計算：表5.2.1等效靜陣風(fēng)系數(shù)G類別水平加載長度(m)ABCD考慮紊流強(qiáng)度、脈動風(fēng)空間相關(guān)性、加載長度(高度)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件離地面(或水面)E[P,mn]=P+B?Cp本風(fēng)速變化較小，隨橋面高度雖有變化，但亦很??；隨水平相關(guān)系數(shù)的變化亦不大，但地表類別變化影響較大。表5-1為不同時距的等效靜陣風(fēng)系數(shù)，表5-2和表5-3分別為不同基準(zhǔn)高度和不同設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速的等效靜陣風(fēng)系數(shù)。水平加載長度(m)135橋面離水面(地面)高度(m)水平加載長度(m)對等效靜陣風(fēng)荷載其風(fēng)速時距取為1～3s。對一般大跨徑橋梁，橋梁高度一般為30～70m,設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速一般為20～50m/s。本規(guī)范建議采用時距為1s,橋面基準(zhǔn)高度為40m,脈動風(fēng)的相關(guān)系數(shù)為7時的結(jié)果，見表5-4。表5-4不同地表類別的等效靜陣風(fēng)系數(shù)地表類別水平加載長度(m)ABCD地表類別ABCD中K?為脈動風(fēng)的相關(guān)系數(shù)，取為7。等效靜陣風(fēng)系數(shù)也是在時距1s、設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速40m/s、脈動風(fēng)的相關(guān)系數(shù)為7的條件下計算得到的。5.3主梁上的等效靜陣風(fēng)荷載5.3.1橫橋向風(fēng)作用下主梁單位長度上的順風(fēng)向等效靜陣風(fēng)荷載F可按式(5.3.1)計算：作用在主梁單位長度上的靜氣動力按圖5-4所示的體軸坐標(biāo)系下三個方向的平均風(fēng)式中：B——主梁的特征寬度(m);Cv——主梁豎向力系數(shù)；Cw——主梁扭轉(zhuǎn)力系數(shù)。轉(zhuǎn)換的，其轉(zhuǎn)換關(guān)系按式(5-21)、式(5-22)確定：溫度(℃)05表5.3.2-1桁架的橫向力系數(shù)C圓柱形構(gòu)件(d為圓柱直徑)表5.3.2-2桁架遮擋系數(shù)η23456條文說明工形、Ⅱ形或箱形截面主梁的梁高與梁寬的確定，可以參照圖5-5a)~c)。有附屬欄桿、風(fēng)障或聲屏障時，梁高的確定可以參照圖5-5d)。桁架式主梁的橫向力系數(shù)由兩個部分組成，其一為桁架的橫向力系數(shù)，其二為橋面系的橫向力系數(shù)。在計算單片桁架的風(fēng)阻系數(shù)時，實面積比是指桁架凈面積與桁架輪廓桁架距離較近時，需考慮桁架之間的遮擋效應(yīng)對風(fēng)荷載的影響。閉口流線型箱梁的橫向力系數(shù)受梁高、梁寬，以及有無氣動措施的影響，本規(guī)范在5-6為幾座典型的閉口流線型箱梁的橫向力系數(shù)。表5-6閉口流線型箱梁的橫向力系數(shù)梁寬(m)梁高(m) 5.3.3當(dāng)主跨跨徑大于200m數(shù)應(yīng)通過風(fēng)洞試驗或虛擬風(fēng)洞試驗確定。條文說明桁架式主梁其形式較為復(fù)雜，有單層、雙層等，同時桁架節(jié)間距、高度、橋梁整體寬度也差異較大。目前大跨徑桁架橋梁的橫向力系數(shù)一般都是通過靜氣動力試驗獲取的。表5-7給出了桁架式主梁的橫向力系數(shù)。桁高(m)施工狀態(tài)C;(鎮(zhèn)勝高速公路) 四渡河大橋 (杭瑞高速公路)44.0(上層)28.2(下層)斜拉橋(公鐵)斜拉橋(鐵路)斜拉橋(公鐵)斜拉橋(鐵路)5.3.4分離雙幅橋梁凈間距小于5倍單幅主梁寬度時，單幅橋梁的橫向力系數(shù)的確定宜考慮雙幅橋梁之間的氣動力干擾效應(yīng)。條文說明圖5-7為雙幅橋梁主梁布置示意圖。根據(jù)寬高比為5的矩形斷面、Ⅱ形斷面以及流線型斷面靜氣動力系數(shù)研究結(jié)果可知：上游鈍體斷面(矩形斷面、Ⅱ形斷面)當(dāng)間距比0.02≤B/B≤1.0時，阻力系數(shù)氣動干擾因子約為0.9;當(dāng)B/B≥2.0時，氣動干擾因子接近1.0;上游流線型斷面當(dāng)間距比0.02≤B/B≤1.0時，阻力系數(shù)氣動干擾因子約為0.51～0.90;當(dāng)B/B≥3.0時，氣動干擾因子接近0.82。下游鈍體斷面(矩形斷面、Ⅱ形斷面)當(dāng)間距比0.02≤B/B≤2.0時，阻力系數(shù)氣動干擾因子隨間距比B/B的增加而線性增加，即約為0.1～0.65;當(dāng)間距比2.0<B/B≤5.0時，阻力系數(shù)氣動干擾因子變化較緩，約為0.65～0.80。下游流線型主梁斷面當(dāng)間距比B/B<3.0時，阻力系數(shù)氣動干擾因子大于上游斷面阻力系數(shù)氣動干擾因子，即下游斷面阻力系數(shù)比上游斷面大；當(dāng)間距比B/B≥3.0時，下游流線型主梁斷面5.3.5跨徑小于或等于200m的橋梁，主梁上順橋向單位長度的風(fēng)荷載可按下列情況選?。?對實體式主梁，取其橫橋向風(fēng)荷載的0.25倍。2對桁架式主梁，取其橫橋向風(fēng)荷載的0.50倍。5.3.6跨徑大于200m的橋梁，其順橋向單位長度上的風(fēng)荷載可根據(jù)式(5.3.6)按風(fēng)和主梁表面之間產(chǎn)生的摩擦力計算：式中：U?—等效靜陣風(fēng)風(fēng)速(m/s);Fr——單位長度上的摩擦力(N/m);C—摩擦系數(shù)，按表5,3.6選取；s——主梁周長(m),對桁架斷面為梁體外輪廓周長。光滑表面(光滑混凝土、鋼)粗糙表面(混凝土表面)非常粗糙表面(加肋)條文說明研究表明，順橋向的風(fēng)荷載隨著風(fēng)偏角的增大出現(xiàn)先增加后減少的規(guī)律，其最不利順橋向風(fēng)荷載并不是發(fā)生在順橋向，而是在45°~60°風(fēng)偏角。圖5-8為通過節(jié)段模型試驗得到的不同風(fēng)偏角下單層行車的桁架式主梁順橋向風(fēng)荷載的試驗結(jié)果，通過換算可以得到其最大摩擦系數(shù)約為0.065。閔浦大橋雙層桁架主梁的節(jié)段模型風(fēng)洞試驗研究表公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范(JTG/T3360-01—2018)明，摩擦系數(shù)為0.10。在取用表(5.3.6)中系數(shù)時，桁架主梁的周長按照桁高和桁寬圖5-8單層行車的桁架式主梁摩擦系數(shù)試驗結(jié)果5.3.7主梁的靜氣動力系數(shù)宜選用風(fēng)攻角-3°~+3°范圍內(nèi)的最不利值。5.3.8在W1風(fēng)作用水平下，風(fēng)荷載與汽車荷載組合時，主梁的風(fēng)荷載應(yīng)包括作用在車輛上的橫向荷載，其增加值可取為1.5kN/m;當(dāng)設(shè)置風(fēng)障或聲屏障時，可不考慮作用在車輛上的橫向荷載。在W1風(fēng)作用水平下，風(fēng)荷載與車輛荷載組合時，需要考慮車輛上的風(fēng)荷載效應(yīng)。AASHTO規(guī)范中給出了不同風(fēng)偏角效應(yīng)時作用在車輛上的風(fēng)荷載效應(yīng)，見表5-8。風(fēng)偏角(垂直于橋軸向風(fēng)荷載(kN/m)平行于橋軸向風(fēng)荷載(kN/m)00針對橋面有無車輛的節(jié)段模型靜氣動力試驗表明，對于梁高為3.5m的閉口箱梁的車輛風(fēng)荷載效應(yīng)，考慮滿布車輛的情況下，橫橋向靜氣動力系數(shù)提高了42%,按照200m橋長、B類地表、橋面風(fēng)速25m/s計算，橫橋向靜氣動力系數(shù)增加1260N/m,略小于AASHTO的結(jié)果。圖5-9給出了某橋考慮橋面行車的節(jié)段模型試驗車輛布置示意5.5m,相應(yīng)阻力系數(shù)取為1.0。若橋面的紊流強(qiáng)度為0.15,則荷載增加為1761N/m,a)隨機(jī)分布車輛的節(jié)段模型b)考慮車輛影響5.4橋墩、橋塔、斜拉索、主纜和吊桿(索)上的等效靜陣風(fēng)荷載5.4.1橋墩、橋塔、吊桿(索)上的風(fēng)荷載以及橫橋向風(fēng)作用下斜拉索和主纜的等效靜陣風(fēng)荷載可按式(5.4.1)計算：公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范(JTG/T3360-01—2018)1246風(fēng)向風(fēng)向WWWw風(fēng)向w風(fēng)向W風(fēng)向W風(fēng)向12tt風(fēng)向w3風(fēng)向tw風(fēng)向正方形或八角形風(fēng)向12邊形若dU?≥6m2/s1.光滑表面圓形若dU?<6m2/s注：1.表中t為斷面順風(fēng)向?qū)挾?，w為斷面迎風(fēng)寬度，d為圓形斷面直徑，h為橋墩或橋塔的高度。2.上部結(jié)構(gòu)架設(shè)后，應(yīng)根據(jù)高寬比40計算Co。3.對于帶圓弧角的矩形橋墩，其C。值應(yīng)由上表查出后再乘以(1-1.5r/w)或0.5,并取兩者中的較大值，r為圓弧角的半徑。4.對于帶三角尖端的橋墩，其C。值應(yīng)按能包括該橋墩外邊緣的矩形截面計算。5.對隨高度有錐度變化的橋墩，C。值應(yīng)按橋墩高度分段計算。在推算t/w時，每段的t/w應(yīng)按其平均值計，高寬比值應(yīng)以橋墩總高度對每段的平均寬度計。風(fēng)偏角()β0風(fēng)向FCCC00FF0FF000風(fēng)偏角()β0F00表5.4.2-2(續(xù))截面形狀β00b000C000條文說明矩形斷面上的風(fēng)荷載與斷面兩個方向的寬度比t/w,以及構(gòu)件高度與迎風(fēng)寬度比h/w有關(guān)，在不考慮三維繞流的情況下，二維矩形斷面的阻力系數(shù)在t/w處于0.65~0.70時達(dá)到最大，此后隨著t/w增大逐漸減小。阻力系數(shù)隨高度與迎風(fēng)寬度比h/w的變化，主要由于氣流繞流的三維效應(yīng)，h/w越大則三維繞流效應(yīng)越小，此時氣流只能從構(gòu)件的兩側(cè)繞流經(jīng)過，更加接近于二維效應(yīng)，因而阻力系數(shù)則越大。但橋梁上部結(jié)構(gòu)建成之后，上部結(jié)構(gòu)主梁減弱了三維繞流效應(yīng)，所以條文中規(guī)定上部結(jié)構(gòu)架設(shè)后，阻力系數(shù)按最大取值。對于橋墩或橋塔，在對風(fēng)荷載較為敏感的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，往往需要通過風(fēng)洞試驗或虛擬風(fēng)洞試驗獲取斷面的阻力系數(shù)。但阻力系數(shù)受風(fēng)偏角的影響較為明顯，為了考慮最不利影響，一般取橫橋向或順橋向附近±30°風(fēng)偏角范圍內(nèi)的最不利值作為阻力系數(shù)設(shè)計值。蘇通長江大橋的橋塔斷面采用了切角處理，如圖5-10所示，在風(fēng)荷載的確定過程中，分析比較了不同風(fēng)偏角下的阻力系數(shù)。表5-9為蘇通長江大橋橋塔塔柱截面阻力系數(shù)隨風(fēng)偏角變化的虛擬風(fēng)洞試驗結(jié)果。b)下塔柱斷面形狀(B-B)風(fēng)偏角B-B(迎風(fēng)側(cè))B-B(背風(fēng)側(cè))阻力系數(shù)(風(fēng)軸)橫橋向力順橋向力阻力系數(shù)(風(fēng)軸)橫橋向力順橋向力阻力系數(shù)(風(fēng)軸)橫橋向力順橋向力035.4.3作用于橋墩或橋塔的風(fēng)荷載可按地面或水面以上0.65倍墩高或塔高處的風(fēng)速確定，也可根據(jù)地表類別按本規(guī)范第4.2.6條規(guī)定的風(fēng)速分布確定。如圖5-11所示，假設(shè)橋塔為等截面，斷面迎風(fēng)寬度為w,阻力系數(shù)為Co,等效高9考慮，單根主纜的阻力系數(shù)可取0.7;當(dāng)主纜中心距計算，其阻力系數(shù)宜取1.0。當(dāng)懸索橋吊索(桿)的中心距離為直徑的4倍及以上時，系數(shù)可取為1.0,在W2風(fēng)作用水平時阻力系數(shù)可取為0.8;其他外形、并列平行布置以及考慮覆冰影響的斜拉索、主纜及吊桿(索)的阻力系數(shù)宜通過風(fēng)洞試驗或虛擬風(fēng)平下，大多數(shù)橋梁的拉索設(shè)計風(fēng)速一般在20m/s以上，因此選取1.0作為拉索阻力系表5-10橫風(fēng)向拉索阻力系數(shù)的比較(55m/s)光索凹坑ae——斜拉索的傾斜角()。究，結(jié)果表明順橋向的斜拉索阻力系數(shù)與呈近似線性關(guān)系，如圖5-13所示。S圖5-14斜拉索傾斜角定義示意圖5.4.7在順橋向風(fēng)作用下，懸索橋主纜單位長度上的順橋向水平風(fēng)荷載取其橫橋向風(fēng)荷載的0.15倍，必要時也可通過風(fēng)洞試驗或虛擬風(fēng)洞試驗確定?？紤]傾斜角、風(fēng)偏角、索夾等因素的懸索橋主纜順橋向水平風(fēng)荷載虛擬風(fēng)洞試驗研究表明，主纜順橋向水平風(fēng)荷載與風(fēng)偏角和主纜傾斜角有關(guān)，本規(guī)范偏安全地取最不利的比例關(guān)系0.15。圖5-15為主纜順橋向氣動力與橫橋向氣動力比值隨風(fēng)偏角變化的圖5-15主纜順橋向氣動力與橫橋向氣動力比值與風(fēng)5.4.8拱肋風(fēng)荷載可參照本規(guī)范第5.4.2條確定單肢拱肋的阻力系數(shù)；當(dāng)拱肋由雙肢或多肢構(gòu)成且距離小于5倍單肢拱肋寬度時，或主拱斷面形狀復(fù)雜時，宜通過風(fēng)洞試驗或虛擬風(fēng)洞試驗確定。風(fēng)荷載5.5抖振慣性荷載及其效應(yīng)5.5.1結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的某階振型抖振慣性力荷載，可在獲得振型抖振位移的基礎(chǔ)上，通過考慮質(zhì)量分布、振型及頻率等因素綜合獲得。條文說明根據(jù)牛頓第二定律，結(jié)構(gòu)的慣性力F(x)與質(zhì)量m(x)和加速度a(x)成正比，即F(x)=m(x)a(x)。在通過模型試驗或理論分析獲取每個振型在位置x處的振動位移后，可以計算出該位置對應(yīng)的加速度，結(jié)合質(zhì)量分布即可獲得慣性力荷載。5.5.2抖振位移可在設(shè)計風(fēng)速下考慮可能參與的振型、風(fēng)的脈動空間相關(guān)性、構(gòu)件斷面特征等因素，通過頻域分析、時域分析、風(fēng)洞試驗或虛擬風(fēng)洞試驗方法獲取。條文說明時域分析一般通過風(fēng)場模擬方法合成空間脈動風(fēng)場及風(fēng)作用力，并施加在結(jié)構(gòu)上獲得結(jié)構(gòu)的抖振響應(yīng)，再經(jīng)過統(tǒng)計分析可獲得抖振響應(yīng)結(jié)果。抖振頻域分析通常將大氣紊流作為平穩(wěn)隨機(jī)過程，根據(jù)風(fēng)速譜，以及考慮結(jié)構(gòu)斷面氣動外形影響的風(fēng)譜與氣動力譜的傳遞函數(shù)，即氣動導(dǎo)納，再考慮橋梁結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)，最后得到抖振響應(yīng)的統(tǒng)計量。風(fēng)洞試驗及虛擬風(fēng)洞試驗方法通過模擬結(jié)構(gòu)頻率、振型、阻尼比、氣動外形等特征，直接測出或分析出抖振響應(yīng)及其統(tǒng)計量。圖5-16為抖振時域與頻域分析方法計算原理示頻率5.5.3橋梁結(jié)構(gòu)單位長度上第i階振型的慣性力作用可按式(5.5.3)計算：F(x)=k,m(x)σ,(x)(2mf)2式中：F(x)——橋梁x位置處第i階振型慣性力作用(N/m);σ;(x)橋梁x位置處的第i階振型抖振位移標(biāo)準(zhǔn)差(m),一般通過抖振時域一般抖振響應(yīng)分析獲取的是振動響應(yīng)的統(tǒng)計值，與抖振響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差之間存在一定的比例關(guān)系，可以用峰值因子來表示，如圖5-17所示。峰值因子一般為3～4.5,可取為3.5,其物理意義亦可由式(5-26)表示：5.5.4橋梁的慣性力作用效應(yīng)，可按SRSS振型疊加方法，考慮結(jié)構(gòu)可能被激發(fā)的振型，按照式(5.5.4)計算：R?(x)——橋梁x位置處的第i階振型的抖振慣性力作用效應(yīng)。5.5.5靜風(fēng)荷載效應(yīng)進(jìn)行組合時按式(5.5.5)進(jìn)行。式中：R(x)——橋梁x位置處的風(fēng)荷載極值效應(yīng)；Rm(x)——橋梁x位置處的平均靜風(fēng)荷載效應(yīng)。5.5.6當(dāng)結(jié)構(gòu)幾何非線性效應(yīng)較大時，宜采用考慮非線性效應(yīng)的時域分析方法獲取結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載作用效應(yīng)。5.6施工階段的風(fēng)荷載5.6.1對懸臂施工中的大跨斜拉橋和連續(xù)剛構(gòu)橋，宜對其最大雙懸臂狀態(tài)和最大單懸臂狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的橫橋向與順橋向的風(fēng)荷載效應(yīng)分析，必要時可通過風(fēng)洞試驗或虛擬風(fēng)洞試驗測定。5.6.2雙懸臂施工的橋梁橫橋向風(fēng)荷載加載時，應(yīng)考慮主梁上的對稱加載工況與不對稱加載工況，不對稱工況加載時主梁風(fēng)荷載一端宜取另一端的0.5倍，主梁荷載加載示意圖如圖5.6.2所示。6橋梁的動力特性分段模擬；當(dāng)采用一個單元模擬時，拉索的彈性模量應(yīng)進(jìn)行折減，并按式(6.2.2)p。一拉索密度(kg/m3);1——拉索長度(m);2圖6-2單梁式與三梁式模型有限元示意圖的質(zhì)量提供所需的質(zhì)量慣性矩，并按式(6-6)與式(6-7)計算：6.3.1雙塔斜拉橋的對稱豎向彎曲基頻f可按式(6.3.1-1)或式(6.3.1-2)進(jìn)行6.3.2雙塔斜拉橋的對稱扭轉(zhuǎn)基頻f:可按式(6.3.2)進(jìn)行估算：表6.3.2斜拉橋扭轉(zhuǎn)基頻經(jīng)驗系數(shù)開口9半開口則,6.4.5中跨簡支的雙塔懸索橋的對稱扭轉(zhuǎn)基頻f可按式(6.4.5)進(jìn)行估6.5.1柔性吊桿(索)的頻率f?？砂词?6.5.1)計算：式中：f,——吊桿(索)的第n階模態(tài)頻率(Hz);n——振型號(1、2、3…);l——吊桿(索)的長度(m);F——吊桿(索)的索力(N);m——吊桿(索)的單位長度質(zhì)量(kg/m)。與水平張緊弦的振動方程相似，根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，可以推導(dǎo)出吊桿(索)的空根據(jù)變量分離以及邊界上振型函數(shù)滿足條件，可以通過式(6-11)和式(6-12)解6.5.2兩端固定支撐的H形截面勁性吊桿基頻可按式(6.5.2-1)～式(6.5.2-3)圖6.5.2H形勁性吊桿截面及強(qiáng)軸與弱軸示意圖5)計算： n——振型階數(shù)(可取1、2、3…)。斜拉索面內(nèi)對稱振動的運動方程與面內(nèi)反對稱振動和面外振動不同，其運動方本條文式(6.5.3-4)是通過數(shù)值方法求解并擬合相關(guān)系數(shù)后獲得的。條文中拉索表6.6.1以主梁振動為主的振型阻尼比表6.6.2以橋塔振動為主的振型阻尼比7抗風(fēng)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計7.1.1橋梁結(jié)構(gòu)及構(gòu)件在風(fēng)作用下的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計和檢驗應(yīng)按下列內(nèi)容7.2.1對主跨大于400m的斜拉橋、主跨大于600m的懸索橋應(yīng)進(jìn)行靜風(fēng)穩(wěn)定性7.2.2懸索橋的靜風(fēng)橫向失穩(wěn)臨界風(fēng)速可按式(7.2.2-1)～式(7.2.2-4)計算：7.2.3懸索橋和斜拉橋的靜風(fēng)扭轉(zhuǎn)發(fā)散臨界風(fēng)速可按式(7.2.3-1)和式(7.2.3-2)C——主梁扭轉(zhuǎn)力矩系數(shù)C?的斜率，可通過風(fēng)洞試驗或虛擬風(fēng)洞試驗得到。流的靜扭轉(zhuǎn)力矩使機(jī)翼產(chǎn)生扭角，這一扭角增大了有效攻角又使氣動扭轉(zhuǎn)力矩增大，當(dāng)氣動扭轉(zhuǎn)力矩的增量超過了結(jié)構(gòu)抵抗力矩的增量時，會出現(xiàn)不穩(wěn)定的扭轉(zhuǎn)發(fā)散。當(dāng)結(jié)構(gòu),的臨界風(fēng)速愈低。引入結(jié)構(gòu)抗扭剛度和扭頻的關(guān)系式：w=√K。/Im=2πf,注意到7.2.4對主跨大于800m斜拉橋、主跨大于1200m懸索橋，除按本規(guī)范第7.2.2條、7.2.5橋梁的靜風(fēng)穩(wěn)定性檢驗應(yīng)滿足式(7.2.5-1)與式(7.2.5-2)的要求：條所得到的臨界風(fēng)速的60%～70%,各種不確定性因素綜合考慮1.2的不確定性系數(shù)1寬高比B/D<4的鋼主梁；B——G′——結(jié)構(gòu)斷面升力系數(shù)的斜率；C?——結(jié)構(gòu)斷面阻力系數(shù)。表7.3.2典型斷面的馳振力系數(shù)C?斷面形狀斷面形狀Q索上有積冰QBBDBBBBBQBQBBB8B8B條文說明馳振是一種由于鈍體結(jié)構(gòu)運動產(chǎn)生負(fù)阻尼并導(dǎo)致振動發(fā)散的空氣動力失穩(wěn)現(xiàn)象，在截面較鈍的鋼橋和鋼橋塔中可能發(fā)生。當(dāng)主梁和橋塔采用混凝土材料時，阻尼較大，一般不會發(fā)生馳振。在α=0時，,其中,,公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范(JTG/T3360-01—2018)7.3.3變截面連續(xù)鋼梁橋的馳振力系其相應(yīng)系數(shù)可通—第i分段升力系數(shù)斜率，其中變截面連續(xù)梁的升力系數(shù)Cr,按梁寬B7.3.5橋梁及構(gòu)件的馳振穩(wěn)定性檢驗應(yīng)滿足式(7.3.5)的要求：式中：U——U?——橋梁或構(gòu)件的設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速(m/s);γu—馳振穩(wěn)定性分項系數(shù)，取為1.2。7.3.6當(dāng)馳振穩(wěn)定性不滿足檢驗要求時，可通過改變構(gòu)件基本氣動外形、附加氣動措施或阻尼措施予以提高。7.4尾流馳振7.4.1當(dāng)斜拉索、吊桿(索)的中心距介于2～20倍直徑時宜進(jìn)行尾流馳振檢驗。條文說明尾流馳振現(xiàn)象一般發(fā)生在兩個或多個柱體的情況。如果下游柱體位于上游柱體尾流靠外的大約1/4處，那么它就進(jìn)入了馳振不穩(wěn)定性區(qū)，在這個區(qū)間將開始出現(xiàn)馳振運動，其振幅一直增大到明顯的極限環(huán)為止。這種運動是沿橢圓軌道的大幅度振動，橢圓長半軸近似沿主流的方向。圖7-4為尾流馳振發(fā)生條件示意圖，圖7-5是為尾流馳振典長半軸近似沿主流的方向。圖7-4為尾流馳振發(fā)生條件示意圖，圖7-5是為尾流馳振典圖7-4尾流馳振發(fā)生條件示意圖7.4.2斜拉索和吊桿(索)的尾流馳振臨界風(fēng)速可按式(7.4.2)計算，也可通過模擬阻尼條件下的節(jié)段模型振動試驗或氣動彈性模型試驗直接獲得。K。與截面形狀有關(guān)的系數(shù)，閉口箱梁取12,半開口斷面取15,開口、桁架主跨跨徑(m)表7-1我國代表性橋梁的顫振穩(wěn)定性指數(shù)Kmf寧波明州大橋7.5.4當(dāng)橋梁的顫振穩(wěn)定性指數(shù)I?<4時，顫形狀系數(shù)η主跨材質(zhì)鋼組合結(jié)構(gòu)11 帶挑臂箱梁帶斜腹板箱梁帶分流板的流線型箱梁 ,—橋梁的慣性半徑(m),口圖7-7平板顫振臨界風(fēng)速三種計算方法比較項海帆公式形式簡單、計算方便，本規(guī)范中表7.5.4的參數(shù)也是基于該公式給7.5.5應(yīng)在均勻流場風(fēng)攻角-3°、0°和+3°的工況下進(jìn)行顫振穩(wěn)定性的檢驗；對山區(qū)等風(fēng)場攻角效應(yīng)較為明顯的地區(qū)，宜增加-5°和+5°風(fēng)攻角下的工況；對于一些特別地形地區(qū)，可增加-7°和+7°風(fēng)攻角下的工況。條文說明一般橋梁在大風(fēng)作用下平均風(fēng)攻角范圍在-3°到+3°之間，為了考慮不利風(fēng)攻角的影響，顫振穩(wěn)定性檢驗一般選擇-3°、0°、+3°三個風(fēng)攻角工況。對于一些處于山區(qū)的橋梁，已有的研究報告發(fā)現(xiàn)受山區(qū)局部地形的影響橋位存在較大的風(fēng)攻角，因此山區(qū)橋梁的顫振穩(wěn)定性檢驗可以考慮增加-5°和+5°風(fēng)攻角工況。對于一些特別地形地區(qū)，如彎道橋梁、平行于山坡的橋梁等，受到結(jié)構(gòu)構(gòu)件空間姿態(tài)或山坡氣流的影響，風(fēng)攻角效應(yīng)更加明顯，此時可考慮-7°和+7°風(fēng)攻角工況。7.5.6采用節(jié)段模型振動試驗進(jìn)行顫振穩(wěn)定性檢驗時，若無明顯顫振發(fā)散現(xiàn)象，可在模擬阻尼比的條件下取扭轉(zhuǎn)位移標(biāo)準(zhǔn)差為0.5°時對應(yīng)的試驗風(fēng)速經(jīng)換算后作為顫振臨界風(fēng)速值。條文說明對截面形狀較鈍的橋梁，在進(jìn)行節(jié)段模型風(fēng)洞試驗時，當(dāng)扭轉(zhuǎn)位移在某個風(fēng)速下出現(xiàn)明顯的發(fā)散現(xiàn)象時，如圖7-8a)所示，稱之為“硬”顫振現(xiàn)象；但在試驗中有時會觀測不到明顯的顫振發(fā)散點，但模型振動振幅隨風(fēng)速的增加逐漸增加，在模擬阻尼比的條件下，當(dāng)扭轉(zhuǎn)位移標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到0.5°時，也把它看成顫振失穩(wěn)，稱之為“軟”顫振，如圖7-8如圖7-8b)所示圖7-8“硬”顫振與“軟”顫振的振幅隨風(fēng)速變化曲線7.5.7不宜采用實腹式勁性H形吊桿，當(dāng)采用實腹式勁性H形吊桿時，其顫振臨界風(fēng)速可按式(7.5.7)近似計算：形吊桿的顫振臨界風(fēng)速(m/s);形吊桿的截面寬度(m),其取值可按本規(guī)范圖6.5.2確定；形吊桿的扭轉(zhuǎn)基頻(Hz)。實腹式勁性H形吊桿由鋼板焊接而成，常見形式為H形或箱形。它具有剛度大，結(jié)構(gòu)簡單，與主結(jié)構(gòu)同壽命的優(yōu)點。但其空氣動力學(xué)性能不佳，國內(nèi)外發(fā)生過多次吊桿風(fēng)致振動病害事故，早期研究認(rèn)為這種細(xì)長桿件的風(fēng)致振動主要是渦振和馳振。2006年7～8月，我國建設(shè)的兩座大跨度鋼拱橋的H形吊桿相繼發(fā)生嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)風(fēng)振現(xiàn)象，30～40m長的吊桿上下連接處的翼板幾乎完全斷裂，這種振動被證實為是一種顫振。表7-2為幾種不同寬高比條件下的實腹式H形吊桿顫振臨界風(fēng)速試驗結(jié)果。寬高比B,/H7.5.8橋梁或構(gòu)件的顫振穩(wěn)定性應(yīng)按式(7.5.8)檢驗：式中：U——橋梁或構(gòu)件的顫振臨界風(fēng)速(m/s);界風(fēng)速時取1.4,采用風(fēng)洞試驗方法獲取顫振臨界風(fēng)速時取1.15,采用虛擬風(fēng)洞試驗方法時取1.25;γ——風(fēng)速脈動空間影響分項系數(shù)，可按表7.5.8選取，對H形吊桿取1.0;γ?！ソ切?yīng)分項系數(shù)，當(dāng)風(fēng)攻角α為+3°、0°、-3°時，取為1.0;當(dāng)風(fēng)攻角α為+5°或-5°時，可取0.7;當(dāng)風(fēng)攻角α為+7°或-7°時，可取0.5;H形吊桿的攻角效應(yīng)均取1.0。ABCDABCD[J.高度2處的平均風(fēng)速(m/s);xP——P=pL。p1(t)=P(t)-T≤t≤T化的影響較大。對大跨徑橋梁，橋梁高度一般為30～70m,設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速一般為20~50m/s,因而建議采用設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速為40m/s,橋面高度為40m,水平相關(guān)系數(shù)為7時對C類和D類地表采用Kaimal水平風(fēng)譜將過高估計結(jié)構(gòu)響應(yīng)5%左右，因此表中結(jié)果按本規(guī)范第8.2.1條～第8.2.5條進(jìn)行檢驗。公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范(JTG/T3360-01—2018)顏振臨界風(fēng)速(m/s)顏振臨界風(fēng)速(m/s)8抗風(fēng)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計8.1一般規(guī)定8.1.1橋梁結(jié)構(gòu)及構(gòu)件在風(fēng)作用下的正常使用極限狀態(tài)設(shè)計和檢驗應(yīng)按下列內(nèi)容考慮：1W1風(fēng)作用水平下，與車輛等荷載組合時的結(jié)構(gòu)剛度、耐久性、行車或行人安全性及舒適性等。2W2風(fēng)作用水平及以下，結(jié)構(gòu)疲勞易損構(gòu)件的抗疲勞性能。8.2渦激共振8.2.1混凝土橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件以及基頻大于5Hz的鋼橋，可不進(jìn)行渦激共振檢驗。條文說明混凝土橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件由于阻尼比較大，氣動負(fù)阻尼不足以克服結(jié)構(gòu)阻尼，一般不會發(fā)生渦激共振，可以不進(jìn)行渦激共振檢驗。當(dāng)結(jié)構(gòu)基頻大于5Hz時，對比較鈍的斷面，其Strouhal數(shù)S一般在0.2左右，由于S=fD/U,則有渦激共振起振風(fēng)速為U=fD/S?=5D/S。假設(shè)主梁梁高2m,則渦激共振起振風(fēng)速為U=10/S=10/0.2=50m/s。8.2.2具有下列特征的橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行渦激共振檢驗：1頻率小于5Hz的鋼構(gòu)件；2主跨跨徑大于100m的鋼橋；3主跨跨徑大于100m的鋼與混凝土組合橋梁；4鋼橋塔或鋼與混凝土混合橋塔。8.2.3渦激共振檢驗應(yīng)按下列原則進(jìn)行：1當(dāng)鋼梁橋主跨跨徑L<100m時，可按本規(guī)范第8.2.6條～第8.2.8條進(jìn)行。2當(dāng)鋼梁橋主跨跨徑L≥100m時，應(yīng)利用全橋氣動彈性模型試驗進(jìn)行渦激共振檢驗。3當(dāng)斜拉橋或懸索橋主跨跨徑100m≤L<400m時，宜利用節(jié)段模型風(fēng)洞試驗或虛擬風(fēng)洞試驗進(jìn)行渦激共振檢驗。4當(dāng)斜拉橋主跨跨徑400m≤L<800m、懸索橋主跨跨徑400m≤L<1200m時，應(yīng)利用節(jié)段模型風(fēng)洞試驗進(jìn)行渦激共振檢驗。5當(dāng)斜拉橋主跨跨徑L≥800m、懸索橋主跨跨徑L≥1200m時，應(yīng)利用節(jié)段模型風(fēng)洞試驗進(jìn)行渦激共振檢驗，必要時可通過比例不小于1:30的節(jié)段模型風(fēng)洞試驗進(jìn)一步檢驗。8.2.4渦激共振檢驗宜在均勻流場、0.25倍設(shè)計紊流強(qiáng)度流場、橋址設(shè)計紊流強(qiáng)度流場中進(jìn)行，并測定渦激共振起振風(fēng)速、鎖定區(qū)間以及振動振幅，并以0.25倍設(shè)計紊流強(qiáng)度流場作為最終渦激共振評價依據(jù)。8.2.5渦激共振風(fēng)洞試驗的模型應(yīng)準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件、附屬構(gòu)件和設(shè)施的氣動外形。橋梁的附屬構(gòu)件和設(shè)施，如施工塔吊、樓梯、檢修車軌道、欄桿、風(fēng)障、聲屏障及路緣石等，其形狀與位置均會對渦激共振產(chǎn)生影響。8.2.6跨徑小于200m的實腹式橋梁的豎向渦激共振起振風(fēng)速與扭轉(zhuǎn)渦激共振起振風(fēng)速可按式(8.2.6-1)和式(8.2.6-2)計算：式中：Un——豎向渦激共振起振風(fēng)速(m/s);U——扭轉(zhuǎn)渦激共振起振風(fēng)速(m/s);B——主梁的特征寬度(m),如圖8.2.6所示；fi——豎向彎曲振動頻率(Hz);a)六邊形截面主梁D圖8.2.6橋面的寬度和高度取值8.2.7跨徑小于200m8.2.8跨徑小于200m的實腹式橋梁扭轉(zhuǎn)渦激共振振幅可按式(8.2.8-1)～式1—橋梁單位長度質(zhì)量慣性矩(kg·m2/m),對變截面橋梁，取1/4跨徑處的幅可按式(8.2.9-1)和式(8.2.9-2)檢驗：γ,——渦激共振分項系數(shù)。當(dāng)采用風(fēng)洞試驗獲取h,時取1.0;采用本規(guī)范第y.渦激共振分項系數(shù)。采用風(fēng)洞試驗獲取θ,時取1.0;采用本規(guī)范第8.2.8值為1m/s2,且近似4π2≈40,可以得到振幅允許值為A=1/(40f2)?？紤]到200m以0.04/f。因此式(8.2.9-1)僅適用于200m以下跨徑。8.3抖振8.3.1橋梁的抖振位移和加速度響應(yīng)，可通過抖振時域分析方法、頻域分析方法、風(fēng)洞試驗或虛擬風(fēng)洞試驗方法獲得。8.3.2橋梁的抖振響應(yīng)試驗應(yīng)采用全橋氣動彈性模型，在模擬紊流場、結(jié)構(gòu)動力特性、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件外形以及結(jié)構(gòu)阻尼比的條件下進(jìn)行。8.3.3當(dāng)判定結(jié)構(gòu)在W1風(fēng)作用水平下產(chǎn)生的抖振效應(yīng)較大時，宜開展風(fēng)-車-橋耦合振動效應(yīng)的研究。8.4.1斜拉索和吊桿(索)應(yīng)檢驗參數(shù)振動、線性內(nèi)部共振、渦激共振、風(fēng)雨激振等風(fēng)致振動發(fā)生的可能性，必要時應(yīng)采取相應(yīng)的控制措施。8.4.2斜拉索和吊桿的渦激共振振幅可按式(8.4.2)近似計算：De——斜拉索或吊桿直徑(m);σq—升力系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差，對于圓柱形構(gòu)件一般取0.45;k!——斜拉索或吊桿阻尼比；p——空氣密度(kg/m3),一般取為1.25kg/m3。8.4.3當(dāng)斜拉索索端激勵與拉索固有頻率接近或一致時，應(yīng)進(jìn)行斜拉索線性內(nèi)部共振響應(yīng)檢驗。假設(shè)斜拉索索端垂直于弦長方向的相對運動：ya(t)=ygsinwt。在外界激勵下斜拉索索力的變化使其產(chǎn)生橫向振動，如圖8-1所示。根據(jù)強(qiáng)迫振動原理，當(dāng)激勵頻率與斜拉索面內(nèi)振動頻率之比接近于1時，其最大振動響應(yīng)成分主要為相應(yīng)的面內(nèi)振動。以一階面內(nèi)振動為例，最大振幅為：X?——恒載索力下斜拉索線彈性伸長量(m),可按X?=Fl/EA計A——斜拉索的截面積(m2)。此時斜拉索的第一階共振穩(wěn)態(tài)響應(yīng)最大振幅可近似按式(8-5)計算：xg——激勵振幅(m),激勵方向如圖8-1所示。圖8-2為某斜拉橋400m長的斜拉索第一階共振穩(wěn)態(tài)響應(yīng)最大振幅Amx與阻尼比ζ。和激勵振幅xg的關(guān)系圖。由于斜拉橋拉索索端激勵一般同時具有xg與yg兩個分量，上式的適用性受到限制，欲獲得較為準(zhǔn)確的斜拉索參數(shù)共振8.4.5斜拉索應(yīng)檢驗發(fā)生風(fēng)雨激振的可能性，必要時可采取氣動措施或增設(shè)阻尼措斜拉索氣動減振措施主要通過改變斜拉索的斷面形狀、防止雨線的形成，使其空氣動力學(xué)性能得到改善。為改進(jìn)斜拉索在風(fēng)或者風(fēng)雨共同作用下的動力行為，對斜拉索表面進(jìn)行的主要處理方式有：(1)在斜拉索PE管表面沿軸向開設(shè)凹槽或凸起肋條；(2)斜8.4.6在缺乏試驗條件時，斜拉索不發(fā)生風(fēng)雨激振的條件可按式(8.4.6-1)～式(8.4.6-2)進(jìn)行判斷：光圓表面斜拉索使用有效表面處理的斜拉索m——斜拉索單位長度質(zhì)量(kg/m);p——空氣密度(kg/m3),一般取為1.25kg/m3;De——斜拉索外徑(m)。8.4.7斜拉索與吊桿(索)風(fēng)致振動最大振幅宜小于其長度的1/1700。8.4.8不宜采用實腹式H形吊桿。當(dāng)采用實腹式H形吊桿時可通過式(8.4.8-1)~式(8.4.8-3)獲取渦激共振起振風(fēng)速；必要時應(yīng)利用風(fēng)洞試驗或虛擬風(fēng)洞試驗進(jìn)行渦激共振檢驗；當(dāng)不能滿足渦激共振檢驗要求時，應(yīng)采取相應(yīng)振動控制措施。式中：Un——彎曲渦激共振起振風(fēng)速(m/s);Ur——扭轉(zhuǎn)渦激共振起振風(fēng)速(m/s);f?——強(qiáng)軸方向彎曲基頻(Hz);f:——扭轉(zhuǎn)基頻(Hz);B?—H形吊桿的截面寬度(m),其取值可按本規(guī)范圖6.5.2確定。研究表明，實腹式H形吊桿易在較低的風(fēng)速下發(fā)生大幅渦激共振。表8-1給出了幾種不同寬高比條件下實腹式H形吊桿渦激共振試驗結(jié)果。當(dāng)寬高比為1時，弱軸方向上的渦激共振幅值可達(dá)到寬度B?的0.347倍。當(dāng)寬高比為1.6時，起振風(fēng)速僅為1.5倍的f?B。強(qiáng)軸方向由于剛度較大，其渦激共振起振風(fēng)速均大于弱軸方向。扭轉(zhuǎn)方向上也會產(chǎn)生明顯的渦激共振，其振幅最大可以達(dá)到5.26°。加速度峰值(m/s)加速度峰值(m/s)寬高比弱軸強(qiáng)軸弱軸強(qiáng)軸1 8.5風(fēng)振舒適度控制標(biāo)準(zhǔn)8.5.1在W1風(fēng)作用水平及以下風(fēng)速范圍內(nèi)，有行人通行功能的橋梁抖振或渦激共振引起的豎向加速度峰值不宜超過1.1m/s2,橫向加速度峰值不宜超過0.5m/s2。條文說明研究表明，過大的豎向振動也會引起行人的不舒適性。圖8-3給出了行人舒適性的模擬試驗結(jié)果，將行人舒適度按照“非常好”“好”“一般”“差”“無法忍受”五等級劃分，可以發(fā)現(xiàn)行人舒適度