8.2概述 桥梁一般是交通运输的咽喉,在国民经济中占有极重 要的地位,应能经受各种自然灾害而不轻易使交通中断 风作为一种主要自然灾害,每年都给人民的生命财产带来 巨大损失,作为重要交通设施的桥梁也经常受到风的威胁 甚至危害。人们正是在各种桥梁风毁事故发生后开始重视 桥梁结构抗风设计,并逐渐形成桥梁抗风设计理论。 桥梁的风毁事故最早可以追溯到1818年,苏格兰的 ryburgh Abbey桥首先因风的作用而遭到毁坏。之后, 英国的Tay桥因未考虑风的静力作用垮掉,造成75人死亡 的惨剧。一系列桥梁的风毁事故,使人们开始重视风的作 用,最初人们只认识到考虑静风载的必要性,直到1940 年美国 Tacoma悬索桥的风毁事故(图8-1),才使工程 界注意到桥梁风致振动的重要性
8.2 概述 桥梁一般是交通运输的咽喉，在国民经济中占有极重 要的地位，应能经受各种自然灾害而不轻易使交通中断。 风作为一种主要自然灾害，每年都给人民的生命财产带来 巨大损失，作为重要交通设施的桥梁也经常受到风的威胁 甚至危害。人们正是在各种桥梁风毁事故发生后开始重视 桥梁结构抗风设计，并逐渐形成桥梁抗风设计理论。 桥梁的风毁事故最早可以追溯到1818年，苏格兰的 Dryburgh Abbey桥首先因风的作用而遭到毁坏。之后， 英国的Tay桥因未考虑风的静力作用垮掉，造成75人死亡 的惨剧。一系列桥梁的风毁事故，使人们开始重视风的作 用，最初人们只认识到考虑静风载的必要性，直到1940 年美国Tacoma悬索桥的风毁事故（图8－1），才使工程 界注意到桥梁风致振动的重要性
图8-1 Tacoma悬索桥的风毁事故资料照片
图8-1 Tacoma悬索桥的风毁事故资料照片
风对桥梁作用的现象及作用机制 风对桥梁的作用是一个十分复杂的现象,它受到风的自 然特性、结构动力性能以及风与结构的相互作用三方面的制 约。由于地表的起伏和各种建筑物的影响,使得近地风的风 速和风向及其空间分布都是非定常的(即随时间变化的)和 随机的。当这种带有脉动成份的风绕过非流线形截面的桥梁 结构时,就会产生旋涡和流动分离,形成复杂的空气作用力。 这种作用力可能引起桥梁的振动,而桥梁结构的振动又将引 起流场的改变,这种相互作用的机制使得问题更加复杂。 从工程抗风设计角度,可以把自然风分解成不随时间变 化的平均风和随时间变化的脉动风两部分的叠加,分别考虑 它们对桥梁的作用,即静力作用和动力作用两种作用的现象 和机制见表1
风对桥梁的作用是一个十分复杂的现象，它受到风的自 然特性、结构动力性能以及风与结构的相互作用三方面的制 约。由于地表的起伏和各种建筑物的影响，使得近地风的风 速和风向及其空间分布都是非定常的（即随时间变化的）和 随机的。当这种带有脉动成份的风绕过非流线形截面的桥梁 结构时，就会产生旋涡和流动分离，形成复杂的空气作用力。 这种作用力可能引起桥梁的振动，而桥梁结构的振动又将引 起流场的改变，这种相互作用的机制使得问题更加复杂。 从工程抗风设计角度，可以把自然风分解成不随时间变 化的平均风和随时间变化的脉动风两部分的叠加，分别考虑 它们对桥梁的作用，即静力作用和动力作用两种作用的现象 和机制见表1。 一、 风对桥梁作用的现象及作用机制
表1风对桥梁作用的现象及作用机制 分类 现象 作用机制 静风载引起的内力和变形 平均风的静风压产生的 静力 阻力、升力和力矩作用 作用 扭转发散 静(扭转)力矩作用 静力不稳定 横向屈曲 静阻力作用 抖振(紊流风响应) 紊流风作用 涡振 限幅振动旋涡脱落引起的涡激 力作用 动力 作用 驰振单自发自激力的气动负阻尼 自激振动扭转由度散效应阻 阻尼驱动 颤振 振 古典耦二自动自激力的气动刚度驱 合颤振由度 动
表1 风对桥梁作用的现象及作用机制 分类 现象 作用机制 静力 作用 静风载引起的内力和变形 平均风的静风压产生的 阻力、升力和力矩作用 静力不稳定 扭转发散 静（扭转）力矩作用 横向屈曲 静阻力作用 动力 作用 抖振（紊流风响应） 限幅振动 紊流风作用 自激振动 涡振 旋涡脱落引起的涡激 力作用 驰振 单自 由度 发 散 振 动 自激力的气动负阻尼 扭转 效应——阻尼驱动 颤振 古典耦 合颤振 二自 由度 自激力的气动刚度驱 动
二、桥梁抗风设计目的和基本过程 (1)桥梁抗风设计的目的 桥梁抗风设计的目的首先在于保证结构在施工阶段 和建成后的营运阶段能够安全承受可能发生的最大风 荷载的静力作用和由于风致振动引起的动力作用。因 此,首先应掌握架桥地点的风特性,决定桥梁的设计 风速,并据此推算风对桥梁的作用,校核抗风安全性 如果有可能出现有害的振动或变形,就应考虑适当的 防止对策或进行设计变更
桥梁抗风设计的目的首先在于保证结构在施工阶段 和建成后的营运阶段能够安全承受可能发生的最大风 荷载的静力作用和由于风致振动引起的动力作用。因 此，首先应掌握架桥地点的风特性，决定桥梁的设计 风速，并据此推算风对桥梁的作用，校核抗风安全性， 如果有可能出现有害的振动或变形，就应考虑适当的 防止对策或进行设计变更。 二、 桥梁抗风设计目的和基本过程 （1）桥梁抗风设计的目的