橋梁抗風(fēng)基礎(chǔ)

1、 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述1 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 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)工程的主要研究方法橋梁風(fēng)工程的主要研究方法 橋梁風(fēng)致振動(dòng)的減振措施橋梁風(fēng)致振動(dòng)的減振措施2 橋名：美國塔科馬橋 時(shí)間：1940年11月 風(fēng)速：19 m/s(8級風(fēng)）v大跨橋梁風(fēng)致災(zāi)害大跨橋梁風(fēng)致災(zāi)害橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述3 橋名：廣東某橋 時(shí)間：2006年10月 風(fēng)速：12m/s（6級風(fēng)）w 橋名：日本名港西橋名：日本名港西大橋大橋w 時(shí)間：時(shí)間：1987年年10月月w 風(fēng)速：風(fēng)速：10m/s（5級風(fēng)）級風(fēng)）橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述4 1818-184

2、01818-1840年風(fēng)毀橋梁案例年風(fēng)毀橋梁案例5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6 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述7 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 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 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述12 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述13 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述14 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 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 氣動(dòng)彈性現(xiàn)象：氣動(dòng)彈性現(xiàn)象：氣流中的彈性體發(fā)生變形或振動(dòng)，從而改變氣氣流中的彈性體發(fā)生變形或振動(dòng)，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

3、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(dòng)，這種與振動(dòng)，這種氣流力與結(jié)構(gòu)相互作用的現(xiàn)象即為氣動(dòng)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(dòng)彈性現(xiàn)象。顫振：顫振：扭轉(zhuǎn)發(fā)散振動(dòng)或彎扭發(fā)散振動(dòng)。如塔克馬橋的橋面扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)發(fā)散振動(dòng)或彎扭發(fā)散振動(dòng)。如塔克馬橋的橋面扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，飛機(jī)機(jī)翼振動(dòng)振動(dòng)，飛機(jī)機(jī)翼振動(dòng)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(dòng)。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(dòng)。如結(jié)冰電線振動(dòng)，塔柱、吊桿、拉索容易產(chǎn)生馳振形象。冰電線振動(dòng)，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19 抖振：抖振：氣流力受結(jié)構(gòu)振動(dòng)影響較小，氣流力是一種強(qiáng)迫力，主氣流力

4、受結(jié)構(gòu)振動(dòng)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(dòng)。要是大氣紊流導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)迫振動(dòng)。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(dòng)。風(fēng)致振動(dòng)。橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述20 橋梁風(fēng)振的研究方法橋梁風(fēng)振的研究方法 運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)原理，建立各類風(fēng)荷載的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)運(yùn)用空氣動(dòng)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(dòng)力學(xué)的方法，求解各類風(fēng)致振動(dòng)及其穩(wěn)定性。用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的方法，求解各類風(fēng)致振動(dòng)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(Sca

5、nlan)(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)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21 目前，風(fēng)洞試驗(yàn)是一個(gè)十分重目前，風(fēng)洞試驗(yàn)是一個(gè)十分重要且不可替代的手段。風(fēng)洞試驗(yàn)包括：要且不可替代的手段。風(fēng)洞試驗(yàn)包括：節(jié)段模型試驗(yàn)，全橋模型試驗(yàn)等。節(jié)段模型試驗(yàn)，全橋模型試驗(yàn)等。風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)洞試驗(yàn)橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述22 目前，風(fēng)洞試驗(yàn)是一個(gè)十分重目前，風(fēng)洞試驗(yàn)是一個(gè)十分重要且不可替代的手

6、段。風(fēng)洞試驗(yàn)包括：要且不可替代的手段。風(fēng)洞試驗(yàn)包括：節(jié)段模型試驗(yàn)，全橋模型試驗(yàn)等。節(jié)段模型試驗(yàn)，全橋模型試驗(yàn)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(yàn)風(fēng)洞試驗(yàn)第六章第六章 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 武漢陽邏長江大橋成橋武漢陽邏長江大橋成橋態(tài)橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述24 安慶鐵路長江大橋安慶鐵路長江大橋橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 滬通鐵路長江大橋滬通鐵路長江大橋均勻流場（成橋無車狀態(tài)）均勻流場（成橋無車狀態(tài)）橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 紊流場（紊流場（ 成橋無車狀態(tài)，模擬大氣邊界層）成橋無車狀態(tài)，模擬大氣邊界層）滬通鐵路長江大橋滬通鐵路長江大橋橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述27 28橋梁風(fēng)振概述橋梁

7、風(fēng)振概述 實(shí)橋測量風(fēng)振特征與參數(shù)，是一種很好的研究手段，尤實(shí)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(shí)，研究價(jià)值更大。塔克馬橋的實(shí)況其是橋梁發(fā)生風(fēng)致病害時(shí)，研究價(jià)值更大。塔克馬橋的實(shí)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(dòng)作用。推動(dòng)作用?，F(xiàn)場觀測現(xiàn)場觀測橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述29 應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)方法，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)橋方法，在計(jì)算機(jī)上實(shí)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30 橋梁風(fēng)振的減振措施橋梁風(fēng)振的減振措

8、施 引起橋梁振動(dòng)的風(fēng)荷載性質(zhì)與橋梁外形有關(guān)。在不改變橋引起橋梁振動(dòng)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(dòng)力學(xué)措施空氣動(dòng)力學(xué)措施 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(dòng)空氣阻尼。避免或推遲漩渦脫落發(fā)生，增大豎向振動(dòng)空氣阻尼。橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述31 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述32 加裝風(fēng)嘴、中央開槽、穩(wěn)定板，使橋梁截面

9、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(dòng)空氣阻尼。避免或推遲漩渦脫落發(fā)生，增大豎向振動(dòng)空氣阻尼。橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述33 機(jī)械減振措施機(jī)械減振措施 加阻尼器（如加阻尼器（如TMDTMD，磁流變阻尼器）。，磁流變阻尼器）。橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述34 風(fēng)雨振動(dòng)風(fēng)雨振動(dòng)是是2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代才發(fā)現(xiàn)的一種斜拉索風(fēng)致振動(dòng)現(xiàn)年代才發(fā)現(xiàn)的一種斜拉索風(fēng)致振動(dòng)現(xiàn)象。就目前的共識而言，認(rèn)為風(fēng)雨振動(dòng)是指在一定風(fēng)速象。就目前的共識而言，認(rèn)為風(fēng)雨振動(dòng)是指在一定風(fēng)速范圍內(nèi)，由于風(fēng)、雨聯(lián)合作用而引起的、處于一定姿態(tài)范圍內(nèi)，由于風(fēng)、雨聯(lián)合作用而引起的、

10、處于一定姿態(tài)的斜拉索的大振幅振動(dòng)。下雨時(shí)當(dāng)風(fēng)的作用方向與斜拉的斜拉索的大振幅振動(dòng)。下雨時(shí)當(dāng)風(fēng)的作用方向與斜拉索的下坡一致時(shí)，在斜拉索的表面會形成上下兩條通道，索的下坡一致時(shí)，在斜拉索的表面會形成上下兩條通道，雨振即為由于這些通道的形成，使斜拉索的截面變?yōu)閷τ暾窦礊橛捎谶@些通道的形成，使斜拉索的截面變?yōu)閷諝鈩?dòng)力不穩(wěn)定時(shí)所發(fā)生的振動(dòng)。空氣動(dòng)力不穩(wěn)定時(shí)所發(fā)生的振動(dòng)。 日本名港西大橋、荒津大橋、丹麥法羅橋及我國楊浦日本名港西大橋、荒津大橋、丹麥法羅橋及我國楊浦大橋、武漢長江二橋、南京二橋、江西湖口大橋、鄂黃大橋、武漢長江二橋、南京二橋、江西湖口大橋、鄂黃長江大橋、洞庭湖大橋等的斜拉索的均出現(xiàn)過強(qiáng)烈的

11、風(fēng)長江大橋、洞庭湖大橋等的斜拉索的均出現(xiàn)過強(qiáng)烈的風(fēng)雨振動(dòng)。名港西大橋觀測到的最大風(fēng)雨振動(dòng)振幅達(dá)雨振動(dòng)。名港西大橋觀測到的最大風(fēng)雨振動(dòng)振幅達(dá)0.550.55米，洞庭湖大橋的最大振幅也超過米，洞庭湖大橋的最大振幅也超過0.400.40米米。 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述35 風(fēng)雨振動(dòng)橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述36 雨振特點(diǎn)：雨振特點(diǎn)：1、雨振常發(fā)生在斜拉索表面為光滑時(shí)；其直徑為范圍為、雨振常發(fā)生在斜拉索表面為光滑時(shí)；其直徑為范圍為80200mm（也有文獻(xiàn)認(rèn)為在（也有文獻(xiàn)認(rèn)為在140225mm），相應(yīng)的雷諾），相應(yīng)的雷諾數(shù)范圍為：數(shù)范圍為：61042105；2、它是在風(fēng)速為、它是在風(fēng)速為618m/s的范圍

12、內(nèi)所發(fā)生的一種有限振動(dòng)；的范圍內(nèi)所發(fā)生的一種有限振動(dòng)；3、發(fā)生的頻率處于、發(fā)生的頻率處于3Hz以下的范圍內(nèi)；以下的范圍內(nèi)；4、結(jié)構(gòu)阻尼增加后振幅減少，如附加對數(shù)衰減率為、結(jié)構(gòu)阻尼增加后振幅減少，如附加對數(shù)衰減率為0.020.03的結(jié)構(gòu)阻尼后即可制振。的結(jié)構(gòu)阻尼后即可制振。 5、風(fēng)雨振動(dòng)易發(fā)生于位于平坦地區(qū)或跨海的橋梁上；、風(fēng)雨振動(dòng)易發(fā)生于位于平坦地區(qū)或跨海的橋梁上； 6、以面內(nèi)振動(dòng)為主；、以面內(nèi)振動(dòng)為主； 7、斜拉索的水平偏角在、斜拉索的水平偏角在30O80O之間（也有文獻(xiàn)認(rèn)為在之間（也有文獻(xiàn)認(rèn)為在20O60O）；）；橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述37 目前國內(nèi)外抑制斜拉索雨振的措施主要包括兩類:

13、阻尼措施，即通過外加阻尼器增加系統(tǒng)的總體阻尼，從而達(dá)到減振、抑振的作用；阻尼比要求大于0.35%即可（對數(shù)衰減率大于0.02）。 氣動(dòng)措施，即通過改變索的表面狀態(tài)，使索的氣動(dòng)性能、親水性能及索表面水的流動(dòng)性能發(fā)生改變，從而在本質(zhì)上減弱或消除雨振的發(fā)生機(jī)制，常用方法包括在索表面施加凹坑或螺旋線。凹坑易被灰塵添滿而失去作用，而螺旋線會增大拉索的氣動(dòng)阻力， 對于大跨度公路橋梁來說，索上風(fēng)載占比較大，因而受影響較大。 一般認(rèn)為鋼膠線索阻尼大于平行鋼絲索，不易發(fā)生風(fēng)雨振動(dòng)。 把拉索從外索至內(nèi)索相互連接起來，通過連接件的伸縮來消能，同時(shí)利用各根索固有頻率的不同所產(chǎn)生的干擾效應(yīng)來傳遞能量以達(dá)到抑振的目的風(fēng)雨

14、振的發(fā)振機(jī)理目前還不是十分清楚，但上述兩抑振措施被證明是十分有效的。風(fēng)雨振發(fā)振對雨量、風(fēng)向、風(fēng)特性、索表面特性均有要求，制約因素很多，因而目前實(shí)驗(yàn)室雖能再現(xiàn)風(fēng)雨振，但對具體橋來說難以明確其會否發(fā)生風(fēng)雨振。橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述38 輔助索輔助索 阻尼器阻尼器 氣動(dòng)措施氣動(dòng)措施 經(jīng)過多年理論研究及工程實(shí)踐，目前已經(jīng)采用的斜拉索減經(jīng)過多年理論研究及工程實(shí)踐，目前已經(jīng)采用的斜拉索減振措施包括結(jié)構(gòu)措施與氣動(dòng)措施兩大類，其中機(jī)械措施又振措施包括結(jié)構(gòu)措施與氣動(dòng)措施兩大類，其中機(jī)械措施又包括附設(shè)阻尼器及輔助索兩種方法。包括附設(shè)阻尼器及輔助索兩種方法。 n平行或螺旋肋條、平行縱向刻槽、圓形或橢圓形凹坑平行或

15、螺旋肋條、平行縱向刻槽、圓形或橢圓形凹坑橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述39 即用數(shù)道細(xì)索將部分或全部主索連接起來，通過將原本獨(dú)即用數(shù)道細(xì)索將部分或全部主索連接起來，通過將原本獨(dú)立的各主索彼此聯(lián)成一個(gè)索網(wǎng)，使原來各主索獨(dú)立的振動(dòng)立的各主索彼此聯(lián)成一個(gè)索網(wǎng)，使原來各主索獨(dú)立的振動(dòng)被約束成索網(wǎng)系統(tǒng)的整體振動(dòng)，從而提高了主索的剛度。被約束成索網(wǎng)系統(tǒng)的整體振動(dòng)，從而提高了主索的剛度。輔助索又分為將其連接到橋面上的錨固式和不連接到橋面輔助索又分為將其連接到橋面上的錨固式和不連接到橋面上非錨固式兩種形式。上非錨固式兩種形式。HartmanHartman橋減振副索示意圖橋減振副索示意圖 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述40 法法國國諾諾曼曼底底大大橋橋的的減減振振副副索索 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述41 阻尼器阻尼器 即在斜拉索的主梁錨固端附近增設(shè)阻尼器或吸振器，以提高即在斜拉索的主梁錨固端附近增設(shè)阻尼器或吸振器，以提高斜拉索的阻尼。斜拉索的阻尼。 油壓式阻尼器（油壓式阻尼器（Oil DamperOil Damper） 粘性剪切型阻尼器（粘性剪切型阻尼