橋梁風(fēng)振概述,1,橋梁風(fēng)振概述,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)工程的主要研究方法橋梁風(fēng)致振動的減振措施,2,橋梁抗風(fēng)安全性橋名：美國塔科馬橋時間：1940年11月風(fēng)速：19m/s(8級風(fēng)）,橋梁使用性能橋名：伏爾加河橋時間：2010年5月風(fēng)速：1316m/s（6級風(fēng)）,大跨橋梁風(fēng)致災(zāi)害,橋梁風(fēng)振概述,3,吊桿等局部構(gòu)件橋名：廣東某橋時間：2006年10月風(fēng)速：12m/s（6級風(fēng)）,拉索風(fēng)雨振橋名：日本名港西大橋時間：1987年10月風(fēng)速：10m/s（5級風(fēng)）,橋梁風(fēng)振概述,4,1818-1840年風(fēng)毀橋梁案例,5,橋梁風(fēng)振概述,橋梁風(fēng)振概述,6,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,12,橋梁風(fēng)振概述,13,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,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。,顫振：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,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)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,19,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，主要是大氣紊流導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)迫振動。,渦振：大跨度橋梁在低風(fēng)速下容易發(fā)生的一種風(fēng)致振動。,橋梁風(fēng)振概述,20,橋梁風(fēng)振的研究方法,運(yùn)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。西奧多爾森(Theodorsen)理想平板顫振自激力理論；斯坎倫(Scanlan)橋梁斷面顫振理論；達(dá)文波特（Davenport）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破。,理論分析,橋梁風(fēng)振概述,21,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：節(jié)段模型試驗，全橋模型試驗等。,風(fēng)洞試驗,橋梁風(fēng)振概述,22,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：節(jié)段模型試驗，全橋模型試驗等。,中南大學(xué)橋梁工程系,風(fēng)洞試驗,第六章橋梁風(fēng)振概述,武漢陽邏長江大橋成橋態(tài),橋梁風(fēng)振概述,24,安慶鐵路長江大橋,橋梁風(fēng)振概述,滬通鐵路長江大橋,均勻流場（成橋無車狀態(tài)）,橋梁風(fēng)振概述,紊流場（成橋無車狀態(tài)，模擬大氣邊界層）,滬通鐵路長江大橋,橋梁風(fēng)振概述,27,28,橋梁風(fēng)振概述,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。,現(xiàn)場觀測,橋梁風(fēng)振概述,29,應(yīng)用計算流體力學(xué)方法，在計算機(jī)上實現(xiàn)橋梁風(fēng)振全過程，稱為數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)。,數(shù)值模擬,橋梁風(fēng)振概述,30,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)流裝置，往往可以減輕橋梁風(fēng)振。如：,空氣動力學(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，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,31,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。,橋梁風(fēng)振概述,33,機(jī)械減振措施,加阻尼器（如TMD，磁流變阻尼器）。,橋梁風(fēng)振概述,34,風(fēng)雨振動是20世紀(jì)80年代才發(fā)現(xiàn)的一種斜拉索風(fēng)致振動現(xiàn)象。就目前的共識而言，認(rèn)為風(fēng)雨振動是指在一定風(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)的斜拉索的大振幅振動。下雨時當(dāng)風(fēng)的作用方向與斜拉索的下坡一致時，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諝鈩恿Σ环€(wěn)定時所發(fā)生的振動。,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。名港西大橋觀測到的最大風(fēng)雨振動振幅達(dá)0.55米，洞庭湖大橋的最大振幅也超過0.40米。,橋梁風(fēng)振概述,35,風(fēng)雨振動,橋梁風(fēng)振概述,36,雨振特點：1、雨振常發(fā)生在斜拉索表面為光滑時；其直徑為范圍為80200mm（也有文獻(xiàn)認(rèn)為在140225mm），相應(yīng)的雷諾數(shù)范圍為：61042105；2、它是在風(fēng)速為618m/s的范圍內(nèi)所發(fā)生的一種有限振動；3、發(fā)生的頻率處于3Hz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0.020.03的結(jié)構(gòu)阻尼后即可制振。5、風(fēng)雨振動易發(fā)生于位于平坦地區(qū)或跨海的橋梁上；6、以面內(nèi)振動為主；7、斜拉索的水平偏角在30O80O之間（也有文獻(xiàn)認(rèn)為在20O60O）；,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: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）。氣動措施，即通過改變索的表面狀態(tài)，使索的氣動性能、親水性能及索表面水的流動性能發(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。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，因而目前實驗室雖能再現(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,38,輔助索阻尼器氣動措施,經(jīng)過多年理論研究及工程實踐，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。,平行或螺旋肋條、平行縱向刻槽、圓形或橢圓形凹坑,橋梁風(fēng)振概述,39,即用數(shù)道細(xì)索將部分或全部主索連接起來，通過將原本獨立的各主索彼此聯(lián)成一個索網(wǎng)，使原來各主索獨立的振動被約束成索網(wǎng)系統(tǒng)的整體振動，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上非錨固式兩種形式。,Hartman橋減振副索示意圖,橋梁風(fēng)振概述,40,法國諾曼底大橋的減振副索,橋梁風(fēng)振概述,41,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，以提高斜拉索的阻尼。,油壓式阻尼器（Oil