ＩＳＢＮ７—５６０８—２２１２—６／Ⅲ・３７７第十四届全国桥梁学术会议论文集２０００．１１．５～７南京《公路桥梁抗风设计规范》概要及大跨桥梁的抗风对策项海帆陈艾荣（同济大学）【摘要】随着我国桥集工程的不断发展．迫切需要精帝｜适合我国国情的（公路桥梁抗风设计规范）。

本文介绍了｛莪规范螭翩中的几个主要问题，其中包括基本风速图和风压圈、风衙藏的表达方式、桥檗动力稳定性检验和风洞试验要求等．此外。

还讨论了太跨桥集成桥和施工阶段的各种抗风对策。

关键词惭粱抗风设计规范：碴鹂．一、撅述…１９９９年１０月，江阴长江大桥正式建成通车标志着中国有了第一座超千米的悬索桥，同时也成为世界上能够建造千米级大桥的第六个国家。

自从８０年代初中国改革开放以来，中国已建成了一百余座各种类型的斜拉桥，成为世界上建造斜拉桥最多的国家。

如果把即将于２００１年建成的南京长江二桥和福州闽江大桥统计在内，在跨度超过５００ｍ的世界斜拉桥中中国的斜拉桥已占有十分重要的地位。

１９９６年我国人民交通出版社出版了我国第一部由同济大学和中交公路规划设计院编写的《公路桥梁抗风设计指南》，几年来已被广泛用于多座大跨桥梁的抗风设计中。

在此基础上，受交通部的委托，同济大学、中交公路规划设计院、中央气象研究院以及西安公路交通大学针对其中的几个关键问题进行了专题研究，为形成最终的《公路桥梁抗风设计规范》奠定了基础。

这几个专题的内容以及通过多次修改形成的报批稿的目录如表ｌ所示。

表１＜公路桥梁抗风设计规范＞专曩的内窖以最报批稿的目曩专题内容规葩目录１全国基本风建圈和基本风压圈的绘制；第一章总用２．斛拉桥和慧索桥的基顿的近似公式；第二章基本术语与基本符号３．桥架的辱敢静阵风荷羲研究；第三章风建计算４．斜拉桥和怎索侨的阻尼比研究；第四章风荷载计算５．风参数的合理取值研究；第五章桥檠的动力特性６．鼻塑桥梁断面的气曲参敷铡定第六章抗风稳定性验算第七章风致限幅振动第八章风洞试验要求第九章风致振动控制附录４０本文将主要介绍该规范编制中的几个主要问题，其中包括基本风速的确定、风荷载的表达方式、桥梁动力稳定性检验和风嗣试验要求等。

二、全国基本风速图和风压图基本风速定义为桥梁所在地区的开阔平坦地貌条件下，地面以上１０ｍ高度处，１００年重现期的１０ｒａｉｎ平均年最大风速。

本次规范编制，采用我国６５７个基本台站１９６１年至１９９５年间自己记录的风速资料，以极值Ｉ型分布曲线进行拟合，将基准高度从原来的２０ｍ高改为１０ｍ高，并考虑１００年重现期，得到相应各气象台站百年一遇的最大风速值。

鉴于目前我国有相当多的气象台站，由于近年来城市建设的快速发展，使得台站环境不能满足空旷无遮挡的要求．致使风速记录明显受人为因素的影响而偏小。

本次研究，对其部分计算结果参照周围台站的情况予以适当的修正。

与此同时，参照国内其他的规范确定基本风压的下限值１１３０年一遇为０．３５ｋＮ／ｍ２，５０年一遇为０．３０ｋＮ脯，１０年一遇为０．２０ｋＮ脯，相应的基本风速下限分别为，２４ｍ／ｓ，２２ｍ／ｓ和１８ｍ／ｓ。

全国基本风压图和风速图有如下特点：１．东南沿海为我国大陆上的最大风压区。

风压等值线太致与海岸平行，风压从沿海向内陆递减很快，到达离海岸５０ｋｍ处的风速约为海边风速的７５％，到１００ｋｉｎ处则仅为５０％左右．这和造成这一地区大风的主要天气系统——台风有关。

在这一区域内，大致有三个特大风压带，即湛江以南至海南沿海地区、广东沿海地区以及浙江到福建省中部沿海地带，百年一遇风压在０．９０ｋＮ／ｍ２（３８ｍ／ｓ）以上。

由于台湾岛对台风屏障作用，福建南部的风压有所减弱。

２．西北至华北北部和东北中部为我国大陆上风压的次大区。

这一地区的大风主要与西伯利亚寒流引起强冷空气活动有关，等风压线梯度由北向南递减。

３．青藏高原为风压较大区。

这一地区大风主要是因海拔高度较高所造成的。

但该区空气密度较小，因此，虽然风速很大，但所形成的风压相对较小。

从风压图和风速图的对比中可以反映出这一特点。

４．云贵高原、长江中游以及南丘陵山区风压较小，特别是在四川中部、贵州、湘西和鄂西为我国风压最小的区域。

大部分地区风压在０．４ｋＮ／ｍｚ（２５ｍ／ｓ）以下。

５．台湾、海南岛和南海诸岛的风压各自独立成区，台湾是我国风压最大的地区。

据分析，其东部沿海风压可达１．７５ｋＮ／ｍ２（５２ｍ／ｓ）以上；海南岛的西、北、东部沿海风压约为０．９ｋＮ耐（４０ｍ／ｓ）。

西沙群岛受南海台风的影响，百年一遇风压达１．８０ｋＮ／ｍｚ（５４ｍ／ｓ）。

南海其余诸岛的风压略小于西沙。

新版风压分布图在总体上没有改变原全国风压分布的总格局，有降低的，也有提高的，但应该说更趋合理。

且此次计算台站数大大超过以往任何一次的分析，资料年限一般均达到３０～３５年，代表了当前气候背景值。

对重要的大跨径桥梁，宜设立临时桥址风速观测站，观测时段不宜少于１年。

由所获得的短期风速资料推求年极值风速，并据此建立与附近气象台站的相关关系。

三、风荷载桥梁是处于大气边界层内的结构物，由于受到地理位置、地形条件、地面粗糙程度、离地４１面（或水面）高度、外部温度变化等诸多因素的影响，作用于桥梁结构上的风荷载是随时间和空间不断变化的。

从工程抗风设计的角度考虑，可以把自然风分解为不随时间变化的平均风和随时间变化的脉动风的叠加，分别确定它们对桥梁结构的作用。

对于桥梁结构来说，风荷载一般由三部分组成：一是平均风的作用；二是脉动风背景作用；三是由脉动风诱发结构抖振而产生的惯性力作用，它是脉动风谱和结构频率相近部分发生的共振响应。

在本规范中将平均风作用和脉动风的背景作用两部分合并，总的响应和平均风响应之比称为等效静阵风系数Ｇ。

，它是和地面粗糙程度、离地面（或水面）高度以及水平加载长度相关的系数。

为了便于理解新规范中有关风荷载的条文，我们列出了国内外规范中有关风荷载的规定，供参考。

１．在我国１９８７年的设计规范中，定义横向设计风压为：ｗ＝Ｋｌ・Ｋ２・Ｋ３・Ｋ４・％（１）１其中：Ｗ。

＝ｉ之【盔，为基本风压，是基于基本风速得到的。

在该规范中基本风速定义为平坦开阔地面离地面２０ｍ高度处，１００年重现期的１０ｒａｉｎ平均最大风速；Ｋ．为表征桥梁重要程度的重现期系数；Ｋ。

为风载体型系数；Ｋ，为风压高度变化系数；Ｋ。

为地形、地理条件系数。

该公式仅仅考虑了平均风的静力作用，没有考虑脉动风的背景响应和结构的振动惯性力的影响，是偏于不安全的。

２．日本《道路桥抗风设计便览》适用于跨径小于２００ｍ的桥梁。

其设计风速和设计风荷载定义为：ｕｊ＝ＥｌＵｌｏＰ：告ＰＵ：ＣＮＡ。

（２）（３）其中：Ｐ为空气密度；Ｅ，为高度及地表粗糙度修正系数；ｃｏ为桥面阻力系数；Ａ。

为桥梁顺风向投影面积；Ｇ＝ｌ＿９，为阵风响应系数，是一个常数。

在上式中。

引人了阵风响应系数，体现了风的紊流成分的影响，但没有考虑风的空间相关，对跨径小于２００ｍ的桥梁是可以适用的。

３．在日本《本州四国联培桥抗风设计指南》中，大跨度桥梁的设计风速和设计风荷载分别表达为：％＝Ｕｌｏ・ｖ１・ｖ２岛＝告Ｐｕ；。

ｃ一。

（４）（５）其中：ｖ１为高度修正系数；ｕ２为水平长度阵风修正系数；ｖ４为动力效应风载修正系数；其余参数意义同上。

该式反映了园考虑风的水平相关使风荷载的脉动影响随跨长增加的折减效应。

４．英国ＢＳ５４００规范也采用等效静阵风荷载的概念，设计风速取为最大阵风风速，其风速与设计风荷载分别表达为：％＝Ｕ１０‘Ｋ１・ＳＩ‘Ｓ２（６）乃＝｛Ｐｕ：ｃ矿。

（７）４２其中：Ｋ１为重现期系数；Ｓ．为穿谷系数；Ｓ２为阵风系数，该系数考虑了水平长度折减。

５．在本次编写的抗风规范中，对横桥向风作用下顺风向的风荷载，将作用在桥墩（塔）、主缆、斜拉索上的风荷载和作用在主粱上的风荷载分开处理。

除主梁外，作用在桥梁各构件单位长度上的风荷载可根据各构件不同基准高度上的等效静阵风荷载按下式计算：Ｐｇ２％ＣｏＡ。

（８）式中：只为等效静阵风荷载（Ｎ／ｍ）；Ｐ为空气密度，一般取Ｐ＝１．２２５ｋｇ／ｍ３；ＣＤ为桥梁各构件的阻力系数；Ａ。

为桥梁各构件顺风向单位长度上的投影面积（ｍ２），ｑ，＝Ｐｖ２，／２＝０．６１３《，为各构件基准高度处的等效静阵风风压（Ｎ／ｍ２）；等效静阵风风速Ｅ＝ＧｖＶｚ。

分析表明地表粗糙度和水平加载长度对等效静阵风系数较敏感，而高度和平均风速的大小的影响却不太。

在新的规范中建议的Ｇ。

值采用基本风速为４０ｍ／ｓ，桥面高度为４０ｍ，水平相关系数偏安全地取为７。

时距为１－－３ｓ时的计算结果，如表２所示。

表２等效静阵风系数６。

取值地表水平加载长度（ｍ）类别＜２０６０１００２００３００４００５００６５０８００１０００１２００１５００１８００２１００ｌｌ２９１．２８１２６１２４１．２３１２２１２ｌ１２０１１９１．１８１１７１１６１．１６１．１５Ⅱ１３５Ｉ．３３１３１１２９１．２７１２６１．２５１２４１２３ｌ２２１．２１１．２０１．１９１．１８Ⅲ１４９１．４８１４５１４１１．３９Ｉ３７１．３６１．３４１．３３Ｉ３１１３０１．２９Ｉ．２７１．２６Ⅳ１５６Ｉ．５４１５１１．４７１．４４１．４２１．４１１３９１．３７１．３５１３４１．３２１．３１１．３０作用在主梁上的横桥向风荷载，除考虑等效静阵风荷载外，还应考虑由于抖振响应引起的惯性荷载，横向力可按下式计算：１１ＰＨ＝寺ＰＶ≯一＋只（９）式中：ＰＨ为横向力（Ｎ／ｍ）；ｃ０为主梁体轴下横向力系数；Ｄ为主梁的高度（ｍ）。

Ｐａ为因抖振所产生的结构惯性动力风荷载；当桥梁跨径小于２００ｍ时，可忽略因抖振所产生的结构惯性动力风荷载；对于跨径大于２００ｍ的桥梁，若判定其对风的动力作用敏感，则应通过风洞试验取得必要的参数，然后由抖振分析得到结构惯性动力风荷载。

跨径小于２００ｍ的桥梁可以不考虑竖向和扭转力矩的作用。

跨径太于２００ｍ的桥梁，特别是悬臂施工中的大跨桥梁的竖向力和扭转力矩宜根据风洞试验和详细的抖振响应分析得到。

四、颤振稳定性和静风稳定性大跨度桥梁在风荷载的静力作用下有可能发生因升力矩过大而发生扭转发散，或因顺风向的阻力过大而引起横向屈陆这两种静力失稳。

桥梁在风的作用下还有可能发生一种自激振动，风的能量的不断输入使振幅逐渐加大。

根据断面的不同形状，这种发散性的振动可以是弯曲型的驰振、扭转型的颤振或弯扭耦台型的颤振，统称为动力失稳。

静力失稳和动力失稳的临界风速的较低者将控制大跨度桥梁的抗风安全。

静力失稳和动力失稳两者都是危险性的，都必须在桥梁设计时加以避免。

此次规范除对颤振稳定性和驰振稳定性作了规定外，还对桥梁的横向静力稳定性和静力扭转发散作了规定。

本文将主要介绍有关颤振稳定性检算的方法。

４３桥梁的颤振检验风速按下式确定：［％］＿Ｋ’产ｒ‘Ｋ（１２）式中：［ｖ。