橋隧設(shè)計(jì)34.公路橋梁抗風(fēng)jtgt

1.0.1為使公路橋梁，特別是大跨輕柔橋梁結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠，特編制。1.0.2主要針對(duì)斜拉橋和懸索橋制定，梁式橋、其它橋型結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)可參照?qǐng)?zhí)行。不適用于跨度800m以上的斜拉橋和1500m以上的懸索橋。對(duì)跨度80m以上的斜拉橋和1500m公路橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)和驗(yàn)算要求造成性的靜力失穩(wěn)和動(dòng)力失穩(wěn)的臨界風(fēng)速高于當(dāng)設(shè)計(jì)不滿足抗風(fēng)要求計(jì)時(shí)，可采取氣動(dòng)措施、結(jié)構(gòu)措施、機(jī)械措施等提高結(jié)構(gòu)公路橋梁設(shè)計(jì)除滿足的要求外，還必須遵守國家或交通部有關(guān)的規(guī)定?；撅L(fēng)速（BasicWind橋梁所在地區(qū)的開闊平坦地貌條件下，地面以上10m高度處，100年重現(xiàn)期的10min設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速（StandardDesignWind 顫振檢驗(yàn)風(fēng)速（FlutterCheckingWindSpeed） 馳振檢驗(yàn)風(fēng)速（GalloCheckingWindSpeed） 風(fēng)攻角（WindAttackAngle）陣風(fēng)系數(shù)（Gust 地表粗糙度（Terrain空氣靜力系數(shù)（StaticAerodynamic靜力扭轉(zhuǎn)發(fā)散（Torsioal靜力橫向屈曲 l顫振振動(dòng)的橋梁通流的反饋?zhàn)饔貌粩辔∧芰?，?dāng)達(dá)到臨界風(fēng)速時(shí)使振幅逐步增大直至渦激（Voxtex-excited率接近結(jié)構(gòu)的自振頻率時(shí)，所激發(fā)出的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象。抖振靜力三分力試驗(yàn)（StaticAerodynamic節(jié)段模型試驗(yàn)（SectionalModel全橋氣動(dòng)彈性模型試驗(yàn)（FullAeroelasticModel將全橋按一定幾何縮尺并滿足各種必要的空氣動(dòng)力學(xué)相似條件制成的彈性三模風(fēng)振控制（Vibration當(dāng)發(fā)散性風(fēng)致振動(dòng)的臨界風(fēng)速低于其相應(yīng)的檢驗(yàn)風(fēng)速或者風(fēng)致限幅振動(dòng)的振幅超過了可接受的限度時(shí)，可采用氣動(dòng)措施或機(jī)械措施來提高臨界風(fēng)速或減低振幅以確保橋梁的抗風(fēng)安全。2.1.18調(diào)質(zhì)阻尼器（TMD：TunedMass基本符號(hào) Jx、 截面的主形心主慣性 PH、 橋梁體軸坐標(biāo)系下的橫向及豎向單位長(zhǎng)度上的風(fēng)荷 地面以上10m z 非0攻角下相對(duì)0 當(dāng)橋梁所在地區(qū)缺乏風(fēng)速觀測(cè)資料時(shí)，可利用附錄A中的基本風(fēng)速分布圖或基本風(fēng)壓分布圖風(fēng)速值或風(fēng)壓值?；撅L(fēng)壓與基本風(fēng)速的換算關(guān)系為：V10

(3.1.2-式中:q0基本風(fēng)壓（Pa）1年，由所獲得的VZ(Z (3.2.1式中:VZ 地面（或水面）以上高度Z處的風(fēng)速(m/s)；α 與地表類別有關(guān)的無量綱冪指數(shù)，按表3.2.2取值。地表分 表 α粗糙高度z0ABC區(qū)中高層建筑物稀少地區(qū)D起伏較大的丘陵地3.2.2確定橋位地表粗糙度的范圍當(dāng)所考慮范圍內(nèi)存在兩種粗糙程度相差較大的地表類型時(shí)，按面積比計(jì)算平均值，然后由平均值所處兩類地表類型中，按較小一側(cè)取值。當(dāng)橋梁較窄的海峽或峽谷，可能出現(xiàn)風(fēng)的收縮現(xiàn)象或當(dāng)?shù)匦屋^特殊時(shí),可通過模擬Vd=(3.2.3-式中：K1為考慮橋梁基準(zhǔn)高度Z、不同地面粗糙度類別和梯度風(fēng)高度的風(fēng)壓高度變化修正K

Z0

(3.2.3-(3.2.3-1C0.78510

(3.2.3-

(3.2.3-ZVdVs1010 式中 橋址處地面（或水面）以上10m高度處經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得到的風(fēng)速(m/s)關(guān)性，用數(shù)據(jù)外延方法補(bǔ)充橋位處的風(fēng)速數(shù)據(jù)，推算出Vs10，再由式(3.2.5)計(jì)算Vd。 表ABCD5Vsd= 式中：VsdVd3.3.1風(fēng)速重現(xiàn)期系 表51當(dāng)橋梁的施工期少于3103年且橋梁風(fēng)荷載計(jì)算一般規(guī)定當(dāng)風(fēng)荷載參與汽車荷載組合時(shí)，橋面高度處的設(shè)計(jì)風(fēng)速Vd可取為25m/s GV4.2.1 表ABCD除主梁外，作用在橋梁各構(gòu)件(見4.3)單位長(zhǎng)度上的風(fēng)荷載可根據(jù)各構(gòu)件不同基準(zhǔn)高度(見 =qgCd 式中 等效靜陣風(fēng)荷載（N/m qρV2/2=0.613V （N/m2ρ空氣密度，一般取ρ＝1.225kg/ CD橋梁各構(gòu)件的阻力系數(shù)(見4.3、4.4An橋梁各構(gòu)件順風(fēng)向單位長(zhǎng)度上的投影面積（m2）構(gòu)件基準(zhǔn)高度的規(guī) 表Z主跨橋面距常水面或地表面(或海平面)的平均高度（河流以平均水位，即一年中有半年不低于該水位的水面為基準(zhǔn)面，海面以平均海面或平 （結(jié)構(gòu)最大標(biāo)高-支點(diǎn)平均標(biāo)高)0.8 塔（墩）65%P1V2CD

PHCHD主梁的高度(m)Pd—因抖振所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)慣性動(dòng)力風(fēng)荷載;當(dāng)橋梁跨徑小于200m時(shí),可忽略因風(fēng)致振動(dòng)所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)慣性動(dòng)力風(fēng)荷載;對(duì)于跨徑大于200m的橋梁時(shí),若判定其對(duì)風(fēng)的動(dòng)力作用敏感,則應(yīng)通過必要的風(fēng)洞試驗(yàn)和抖振分析得到風(fēng)致振動(dòng)所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)慣性動(dòng)力風(fēng)荷載.跨徑小于20m的橋梁可以不考慮豎向和扭轉(zhuǎn)力矩的作用。跨徑大于20m的橋梁，特別是懸臂施工中的大跨橋梁的豎向力和扭轉(zhuǎn)力矩宜根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)和詳細(xì)的抖振響應(yīng)分析得到。P PvPDTHTH風(fēng)圖4.3.1較鈍的“工”型、“”型或箱形截面的主梁體軸下的橫向力系數(shù)CH可按下式計(jì) B

1B CH

DBD8式中：B當(dāng)橋梁的主梁橫截面帶有斜腹板時(shí)（圖4.3.3），第4.3.2條中的橫向力系數(shù)CH 豎直方向?yàn)榛鶞?zhǔn)每?jī)A斜1折減0.5%,但最多只可折減30%。圖 帶有傾斜腹板的橋梁主梁截CH1.35 (0.10.6 桁架迎風(fēng)面的凈面積Ac與其外輪廓面積A=A/Ac,見圖4.3.4圖4.3.40.250.50S

cfqg cf摩擦系數(shù)，按表4.3.7摩擦系數(shù)cf的取 表摩擦系數(shù)光滑表面（光滑混凝土，光滑的鋼粗糙表面（混凝土表面非常粗糙表面（加肋橋墩或橋塔的阻力系數(shù)CD可參照表4.4.2選取，且不考慮任何遮擋效應(yīng)。特別重要的橋梁當(dāng)懸索橋主纜的中心間距為直徑4倍以上時(shí)，每根纜索的風(fēng)荷載宜獨(dú)立考慮，阻力系數(shù)可取0.7。當(dāng)懸索橋吊桿的中心距離是直徑的4倍以上時(shí)，每根吊桿的阻力系數(shù)可取為0.7。懸臂施工的橋梁，除了對(duì)稱加載外，還應(yīng)考慮不對(duì)稱加載工況，不對(duì)稱系數(shù)可取0.5析,必要時(shí)應(yīng)通過風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)定其風(fēng)荷載。段也可用5.2、5.3節(jié)的近似估算的橋梁的基頻。對(duì)無輔助墩的斜拉橋fb1對(duì)有輔助墩的斜拉橋：

(5.2.1-(5.2.1-Lc主跨跨徑（m） Lft1Lc

式中：C與橋塔和主梁形狀以及主梁材料有關(guān)的系數(shù)，可按表5.2.2斜拉橋一階扭頻的經(jīng)驗(yàn)系 表 鋼8EJ(2)2ff

LEJ加勁梁豎彎剛度（Nm2Hg恒荷載作用下單根主纜的水平拉力m橋面和主纜的單位長(zhǎng)度質(zhì)量（kg/m）,mmd 橋面單位長(zhǎng)度質(zhì)量mc單根主纜單位長(zhǎng)度質(zhì)量（kg/m） f fb式中:f主纜矢高（m） b式中:

主纜彈性模量（Nm2Ac單根主纜截面積（2 HB2EJ

g

fa1

L

mdrc 式中：EJGJ分別為主梁截面的約束扭轉(zhuǎn)和自由扭轉(zhuǎn)剛度（Nm4Nm2）； r加勁梁的慣性半徑Bc主纜的中心距（m） 0.05256EcAc(Bc/fs

mdrmc

s宜按如下取用一般規(guī)定VlbKlbft (6.2.2-BrHbKlb

(6.2.2-CDKK1

dCL

1 CD 14 K 1 (6.2.2-4 BcCD bB r

bm單位橋長(zhǎng)質(zhì)量b （kgm2mft

ddVtdKtdft (6.2.4-Ktd

C

MM 為當(dāng)風(fēng)攻角0時(shí)，扭轉(zhuǎn)力矩系數(shù)CM的斜率，一般應(yīng)通過風(fēng)洞試驗(yàn)得MVtd 寬高比B

4可能發(fā)生馳振。鋼梁和鋼橋塔及長(zhǎng)細(xì)比較大的構(gòu)件有可能發(fā)生馳振。跨度小于200m的混凝土橋和高度100m以下的混凝土雙塔柱橋塔，一般不需驗(yàn)算馳振穩(wěn)定性。馳振臨界風(fēng)速VcgVcg 對(duì)于水平設(shè)置的等截面構(gòu)件，當(dāng)馳振力系數(shù)dCL

)

當(dāng)馳振力系數(shù)dCL

)

4m1

LCD 式中：1結(jié)構(gòu)一階彎曲圓頻率1D構(gòu)件截面迎風(fēng)寬度(m)。結(jié)構(gòu)截面的馳振力系數(shù)dCLC D表6.3.3

典型截面的馳振力系 表VcrKf式中Vcr顫振檢驗(yàn)風(fēng)速

Vdf考慮風(fēng)速脈動(dòng)影響及水平相關(guān)特性的無量綱修正系數(shù)，根據(jù)不同的地表KK=1.2

表ABCD在風(fēng)攻角33VcrVcr式中：Vcr橋梁顫振臨界風(fēng)速(m/s)

跨徑200mBD4~8時(shí),可按下式計(jì)算扭轉(zhuǎn)顫振臨界Vcr5ft BD46.4.3-1和下式計(jì)算結(jié)Vcr12ft 對(duì)于跨徑大于200m的橋梁,可按下式計(jì)算顫振穩(wěn)定性指數(shù) ,并根據(jù)IfIfft ftB(m對(duì)于跨徑大于200m的橋梁,當(dāng)其顫振穩(wěn)定性為If<2.5時(shí)，一般可不必進(jìn)行風(fēng)洞試Vcrs (6.4.5-

2.5rf

(6.4.5- b

bB2 —形狀系數(shù)，按表6.4.5—攻角效應(yīng)系數(shù)，按表6.4.5形狀系數(shù)s和攻角效應(yīng)系數(shù) 表形狀系數(shù)攻角效應(yīng)系數(shù)111-6.4.5當(dāng)橋梁顫振穩(wěn)定性指數(shù)當(dāng)2.5I 當(dāng)4.0If7.5時(shí)，宜通過節(jié)段模型試驗(yàn)進(jìn)行主梁氣動(dòng)選型，并進(jìn)行顫振穩(wěn)定性分析當(dāng)If7.5時(shí)，則宜通過詳細(xì)全面的節(jié)段模型試驗(yàn)進(jìn)行主梁氣動(dòng)選型 橋梁在風(fēng)攻角33范圍內(nèi)的顫振穩(wěn)定性。在模擬橋梁阻尼比的條件下，若無明顯發(fā)散點(diǎn)，按其扭轉(zhuǎn)位移根方差值0.5作為顫振發(fā)散臨界風(fēng)速值。當(dāng)斜拉橋最大雙懸臂和最大單懸臂施工狀態(tài)的顫振穩(wěn)定性指數(shù)If大于4.0時(shí)，應(yīng)通過6.5.410~40%時(shí)存在一個(gè)穩(wěn)定性最不利的低谷。應(yīng)通過全當(dāng)橋梁的一階豎向基頻和扭轉(zhuǎn)基頻低于1Hz或當(dāng)橋梁的跨徑大于200m且判定對(duì)風(fēng)的作用行抖振分析，必要時(shí)應(yīng)通過全橋氣動(dòng)彈性模型試驗(yàn)進(jìn)定。跨徑小于200m的混凝土橋梁可不考慮渦激振動(dòng)的影響。跨徑大于200m的各類橋梁，當(dāng)結(jié)構(gòu)頻率大于5Hz對(duì)跨徑小于200m的實(shí)腹式橋梁斷面，豎向渦

Vcvh2.0fhVcvh—渦激振動(dòng)豎向發(fā)生風(fēng)速

(7.2.4-fhB(mVcv1.33ft (7.2.4-式中：Vcv—扭轉(zhuǎn)渦激發(fā)生風(fēng)速ft(Hz)跨徑小于200m的實(shí)腹式橋梁豎向渦激振幅可按下式估算2mhcEh2m

(7.2.6-rmrm式中：hc—豎向渦激振幅

(7.2.6-m(kg/m)。對(duì)變截面橋梁，取1/4跨徑處的平均值；對(duì)斜Eh0.065ds(B/ 面，取為2；對(duì)六邊形斷面(圖7.2.6)1/4Dm1Eth115t(BD)2I2 1ut0，zIu

圖7.2.6跨徑小于200m的實(shí)腹式橋梁渦激扭轉(zhuǎn)振幅可按下式估算EEh 2I I

(7.2.7-(7.2.7-式中：I(kg.m4/m)。對(duì)變截面橋梁，取1/4pθc—渦激扭轉(zhuǎn)振幅E17.16ds(B/ (7.2.7-Et120t(B I2 (7.2.7-u渦激振幅的允許hc[ha]0.04/式中：[ha]—豎向渦激的允許振幅(m)c[a]2.28/

(7.2.8-(7.2.8-2b—當(dāng)橋面上無人行道時(shí)，取為橋面橫向中心線至腹板的頂緣；當(dāng)橋面上有人行車道時(shí)，取為橋面橫向中心線至非行車道中心線的距離,如圖7.2.8所示。圖 b的定氣動(dòng)措施是通過選擇空氣動(dòng)力穩(wěn)定性好的斷面或較少修改梁、橋塔、吊桿、拉索的外梁防止渦激振動(dòng)發(fā)生，同時(shí)，可下雨時(shí)沿拉索形成的水線，以防止雨振的發(fā)生。 基本風(fēng)壓分布圖見圖A.1 基本風(fēng)速分布圖見圖A.２ 各氣象臺(tái)站年、年 附錄 風(fēng)洞試驗(yàn)要 斷面上測(cè)量，空風(fēng)洞應(yīng)具備以場(chǎng)特性：在常用試驗(yàn)風(fēng)速下，風(fēng)速分布相對(duì)于平均風(fēng)速的偏差不宜大于2%氣流方向與風(fēng)洞軸線方向的夾角滿足：俯仰角||0.5||1.0在常用試驗(yàn)風(fēng)速下，紊流強(qiáng)度宜小于2 0.01/m按第3.2.1條、第3.2.2條取值。流場(chǎng)的冪指數(shù)001nSuu2u*

200(150f

nSw(n)u2u*

6(14f

式中：Su(n)、Sw(n)—分別為脈動(dòng)風(fēng)的水平順風(fēng)向及豎直方向的功率譜密度函n—風(fēng)的頻率fV(Z

u*—?dú)饬髂ψ杷俣龋ㄒ喾Q剪切速度KV(Zu*

lnZ

其中：KZmV(Z)—高度Z處的平均風(fēng)ZdHZ0/ —周圍建筑物平均高度ABCD在所研究的橋梁自振頻率范圍內(nèi)，功率譜密度函數(shù)曲線的幅值容許偏差為10%風(fēng)的主流水平方向的紊流強(qiáng)度IuB.1.4-2Iu方向垂直的水平及鉛直方向的紊流強(qiáng)度Iv、Iw可取Iv=0.88Iu，Iw=0.50Iu取值。紊流強(qiáng)度的變化范圍為±30%紊流強(qiáng)度 表B1.4-高度ABCD10Z20Z30Z40Z50Z70Z100Z150Z風(fēng)的主流水平方向（記為x）及與其垂直的水平方向（記為y）u的紊流積分尺度可按表B1.4-3取值。紊流尺度模擬只作為參考要求。 紊流尺度基準(zhǔn) 表B1.4-高度xyZ10Z20Z30Z40Z50Z70Z100ZZ橋梁風(fēng)洞試驗(yàn)的模型要 表類不小于不小于箱型梁橋宜不小于隔)0.2B2B2.1三分力試驗(yàn)的模型，應(yīng)與實(shí)橋間滿足幾何外形相似，并在模型兩端設(shè)置端板或補(bǔ)償模型。設(shè)置端板時(shí)，應(yīng)考慮作用在端板上及模型支撐裝置上的氣動(dòng)力修正。設(shè)置補(bǔ)償模型時(shí)，補(bǔ)償模型與測(cè)力模型的間隔宜不大于1mm，且補(bǔ)償模型應(yīng)具有足夠的長(zhǎng)度，這時(shí)可只考慮作用在測(cè)力模型支撐裝置上的氣動(dòng)力修正。B2.2三分力試驗(yàn)的攻角范圍宜不小于10，攻角變化步長(zhǎng)為1，攻角設(shè)置精度為0.1。 小于2。B3主梁節(jié)段模型試驗(yàn) 端板，試驗(yàn)裝置