1、橋梁抗風設(shè)計,第二講,主講教師：楊詠昕 博士副研究員,橋梁風致響應,2、靜風響應,1、橋梁風效應,3、風振響應,4、結(jié)構(gòu)動力特性,5、氣動力模型,1. 橋梁風效應,橋梁結(jié)構(gòu)風效應分類,1. 橋梁風效應（續(xù)）,風荷載及橋梁風效應,順風向荷載(along-wind load) 阻力(drag force),2. 靜風響應,2.1 靜風作用,橫風向荷載(cross-wind load) 升力(lift force),扭矩荷載(torsional moment) 升力矩(pitching moment),2.2 靜風響應,位移(2個線位移+1個角位移),結(jié)構(gòu)(2個水平+1扭轉(zhuǎn)),橋梁(水平+豎向+扭轉(zhuǎn)

2、),風壓(局部位置垂直于表面),結(jié)構(gòu)為主,橋梁較少,反力(2個力+3個矩),橋梁主梁、塔底,結(jié)構(gòu)基底,穩(wěn)定(靜風穩(wěn)定性)橋梁扭轉(zhuǎn)或側(cè)向發(fā)散,Buffeting,Vortex shedding,Flutter or galloping,抖振,渦振,顫振或弛振,3. 風振響應,A,A,A,V,V,V,t,t,t,A,A,A,4.結(jié)構(gòu)動力特性,4.1 結(jié)構(gòu)計算模型,(1) 按施工階段劃分(纜索承重橋梁),橋塔自立狀態(tài)、主梁拼梁狀態(tài)、全橋成橋狀態(tài),(2) 按主梁離散劃分,單梁式、雙梁式、三梁式,(1) 按對稱性劃分對稱和反對稱,(2) 按特征值劃分一階、二階、,(3) 按振動特性劃分側(cè)向彎曲、豎向彎曲

3、、扭轉(zhuǎn),4.2 結(jié)構(gòu)振型分類,法國Normandie Bridge (L=856 m),側(cè)彎：,豎彎：,扭轉(zhuǎn)：,4.3 大跨度橋梁自振頻率,日本Tatara Bridge (L=890 m),側(cè)彎：,豎彎：,扭轉(zhuǎn)：,4.3 大跨度橋梁自振頻率（續(xù)）,香港Stonecutters Bridge (L=1018 m),側(cè)彎：,豎彎：,扭轉(zhuǎn)：,4.3 大跨度橋梁自振頻率（續(xù)）,中國蘇通長江大橋 (L=1088 m),側(cè)彎：,豎彎：,扭轉(zhuǎn)：,4.3 大跨度橋梁自振頻率（續(xù)）,丹麥Great Belt Bridge (L=1624 m),側(cè)彎：,豎彎：,扭轉(zhuǎn)：,4.3 大跨度橋梁自振頻率（續(xù)）,日本Ak

4、ashi Kaikyo Bridge (L=1991 m),側(cè)彎：,豎彎：,扭轉(zhuǎn)：,4.3 大跨度橋梁自振頻率（續(xù)）,意大利Messina Strait Bridge (L=3300 m),側(cè)彎：,豎彎：,扭轉(zhuǎn)：,4.3 大跨度橋梁自振頻率（續(xù)）,中國懸索橋方案 (L=5,000 m),側(cè)彎：,豎彎：,扭轉(zhuǎn)：,4.3 大跨度橋梁自振頻率（續(xù)）,4.4 結(jié)構(gòu)阻尼(Structural damping ),4.5 單自由度系統(tǒng)(SDOF ),鋼 橋:,結(jié)合梁橋:,混凝土橋:,4.6 多自由度系統(tǒng),5. 氣動力模型,5.1 靜力分量(Static Component), 升力系數(shù)，是的函數(shù)，取值與B

5、有關(guān), 阻力系數(shù)，是的函數(shù)，取值與B有關(guān), 升力矩系數(shù)，是的函數(shù)，取值與B有關(guān),5.1 靜力分量(續(xù)),斷面1,斷面2,三分力系數(shù)1,三分力系數(shù)2,(1)準定常假定(Quasi-steady aerodynamics),5.2 自激力分量(Self-Excited Component),任意時刻氣動力僅僅與該時刻結(jié)構(gòu)的相應位置有關(guān)。,(1)準定常假定(續(xù)),(2)非定常假定(Unsteady aerodynamics),5.2 自激力分量(續(xù)),(2)非定常假定(續(xù)),(1) 定常假定,5.3 強迫力分量(Buffeting force),(2) 準定常假定,(3)頻域表達式,5.3 強迫力分量(續(xù)),氣動導納,5.4 分量總和,主要問題: 1.每項分量的定義