第八章桥梁抗风设计 本章主要介绍桥梁动力特性、作用于桥梁上的风 荷载的计算及桥梁动力失稳判断等内容。此处的桥 梁动力特性主要涉及桥梁的自振周期及频率,本章 介绍了如何用结构动力学方法和一些经验公式进行 计算。风荷载计算在基准风压基础上考虑了重现期、 结构体型、地形、地理条件等因素的影响。桥梁动 力失稳包括颤振失稳和驰振失稳,本章介绍失稳机 理及如何用运动方程和经验公式来判断桥梁是否可 能发生动力失稳
第八章 桥梁抗风设计 本章主要介绍桥梁动力特性、作用于桥梁上的风 荷载的计算及桥梁动力失稳判断等内容。此处的桥 梁动力特性主要涉及桥梁的自振周期及频率，本章 介绍了如何用结构动力学方法和一些经验公式进行 计算。风荷载计算在基准风压基础上考虑了重现期、 结构体型、地形、地理条件等因素的影响。桥梁动 力失稳包括颤振失稳和驰振失稳，本章介绍失稳机 理及如何用运动方程和经验公式来判断桥梁是否可 能发生动力失稳
8.1相关的基本概念 桥梁抗风设计有很多地方不同于建筑结构,在此先将要涉及的 一些术语介绍如下: 基本风速:桥梁所在地区中的开阔平坦地面以上10m高度处 100年重现期的10min平均年最大风速 设计基准风遠:在桥梁所在地区基本风速的基础上,考虑桥位 局部地表粗糙度影响的桥面髙度处100年重现期的10mi平均 年最大风速。 设计风荷载:进行静力抗风设计所采用的风荷载。跨度较小 刚性较大的桥梁可只考虑阵风荷载作用下的强度问题,较大跨 度的柔性桥梁应考虑风致振动引起的动力风荷载作用
8.1 相关的基本概念 桥梁抗风设计有很多地方不同于建筑结构，在此先将要涉及的 一些术语介绍如下： 基本风速：桥梁所在地区中的开阔平坦地面以上10m高度处 100年重现期的10min平均年最大风速 设计基准风速：在桥梁所在地区基本风速的基础上，考虑桥位 局部地表粗糙度影响的桥面高度处100年重现期的10min平均 年最大风速。 设计风荷载：进行静力抗风设计所采用的风荷载。跨度较小、 刚性较大的桥梁可只考虑阵风荷载作用下的强度问题，较大跨 度的柔性桥梁应考虑风致振动引起的动力风荷载作用
风的攻角:由于地形的影响,近地风的方向可能对水平面 产生一定的倾斜度,称为风的攻角。具有攻角的风可能对 桥梁的风致振动,如颤振,产生不利的影响。一般认为高 风速时的平均攻角约在±3°之间 阵风系数:瞬时风速与10min平均风速的比值。计算阵风 荷载时应采用时距为1~3s的瞬时(阵风)风速,即由阵风 系数乘以设计基准风速求得。 静力扭转发散:在空气静力扭转力矩作用下,当风速超过 某一临界值时,悬吊桥梁主梁扭转变形的附加攻角所产生 的空气力矩增量超过了结构抵抗力矩的增量,使主梁出现 种不稳定的扭转发散现象。 静力横向屈曲:作用于悬吊桥梁主梁上的横向静风载超过 主梁侧向屈曲的临界荷载时岀现的一种静力失稳现象
风的攻角：由于地形的影响，近地风的方向可能对水平面 产生一定的倾斜度，称为风的攻角。具有攻角的风可能对 桥梁的风致振动，如颤振，产生不利的影响。一般认为高 风速时的平均攻角约在±3°之间。 阵风系数：瞬时风速与10min平均风速的比值。计算阵风 荷载时应采用时距为1～3s的瞬时（阵风）风速，即由阵风 系数乘以设计基准风速求得。 静力扭转发散：在空气静力扭转力矩作用下，当风速超过 某一临界值时，悬吊桥梁主梁扭转变形的附加攻角所产生 的空气力矩增量超过了结构抵抗力矩的增量，使主梁出现 一种不稳定的扭转发散现象。 静力横向屈曲：作用于悬吊桥梁主梁上的横向静风载超过 主梁侧向屈曲的临界荷载时出现的一种静力失稳现象
颤振∶是一种危险性自激发散振动,当其达到临界风速时 振动的桥梁通过气流的反馈作用不断吸取能量从而使振幅逐 步增大直至最后使结构破坏。 驰振:对于非圆形的边长比在一定范围内的类似矩形断面的 钝体结构及构件,由于升力曲线的负斜率效应,微幅振动的 结构能够从风流中不断吸取能量,当达到临界风速时路构 吸收的能量将克服结构阻尼所消耗的能量,形成一种发散的 横风向单自由度弯曲自激振动 涡激共振:风流经各种断面形状(圆形、矩形、多边形等) 的钝体结构时都有可能发生旋涡的脱落,出现两侧交替变化 的涡激力。当旋涡脱落频率接近或等于结构的自振频率时, 将由此激发出结构的共振。 抖振:大气中的紊流成分所激起的强迫振动,也称为紊流风 响应。抖振是种限幅振动,由于它发生频度高,可能会引 起结构的疲劳。过大的抖振振幅会引起人感不适,甚至危及 桥上高速行车的安全
颤振：是一种危险性自激发散振动，当其达到临界风速时， 振动的桥梁通过气流的反馈作用不断吸取能量从而使振幅逐 步增大直至最后使结构破坏。 驰振：对于非圆形的边长比在一定范围内的类似矩形断面的 钝体结构及构件，由于升力曲线的负斜率效应，微幅振动的 结构能够从风流中不断吸取能量，当达到临界风速时，结构 吸收的能量将克服结构阻尼所消耗的能量，形成一种发散的 横风向单自由度弯曲自激振动。 涡激共振：风流经各种断面形状（圆形、矩形、多边形等） 的钝体结构时都有可能发生旋涡的脱落，出现两侧交替变化 的涡激力。当旋涡脱落频率接近或等于结构的自振频率时， 将由此激发出结构的共振。 抖振：大气中的紊流成分所激起的强迫振动，也称为紊流风 响应。抖振是一种限幅振动，由于它发生频度高，可能会引 起结构的疲劳。过大的抖振振幅会引起人感不适，甚至危及 桥上高速行车的安全。 (8-2)
静力三分试验:采用主梁或桥塔的刚性节段模型,在风洞 中测定平均风绕流的静作用力的三个分量,即阻力、升力 和扭转力矩。无量纲的三分力系数和攻角的关系曲线反映 出断面的基本气动性能,是分析桥梁各种风致振动和静力 稳定的重要参数 节段模型试验:将主梁的代表性做成刚性模型,用弹簣悬 挂在支架上形成一个有竖向平动、转动(及侧向)自由度 的振动模型,在风洞中测定风的动力作用。满足相似条件 的节段模型试验可直接测定二维颤振的临界风速,也可识 别出用气动导数表示的非定常动力,是桥梁最重要的风洞 试验之 全桥气动弹性模型试验:将全桥按一定几何缩尺制成并满 足各种必要的空气动力学相似条件的三维弹性模型,在大 型边界层风洞中观测其在均匀流及紊流风场中的各种风致 振动现象,用于考察桥梁从施工期各阶段到成桥的抗风性 能。是研究桥梁风致振动最精确的试验方法
静力三分试验：采用主梁或桥塔的刚性节段模型，在风洞 中测定平均风绕流的静作用力的三个分量，即阻力、升力 和扭转力矩。无量纲的三分力系数和攻角的关系曲线反映 出断面的基本气动性能，是分析桥梁各种风致振动和静力 稳定的重要参数。 节段模型试验：将主梁的代表性做成刚性模型，用弹簧悬 挂在支架上形成一个有竖向平动、转动（及侧向）自由度 的振动模型，在风洞中测定风的动力作用。满足相似条件 的节段模型试验可直接测定二维颤振的临界风速，也可识 别出用气动导数表示的非定常动力，是桥梁最重要的风洞 试验之一。 全桥气动弹性模型试验：将全桥按一定几何缩尺制成并满 足各种必要的空气动力学相似条件的三维弹性模型，在大 型边界层风洞中观测其在均匀流及紊流风场中的各种风致 振动现象，用于考察桥梁从施工期各阶段到成桥的抗风性 能。是研究桥梁风致振动最精确的试验方法