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桥梁风振概述 桥梁风振的研究方法
?理论分析
运用空气动力学原理，建立各类风荷载的数学模型，应 用结构动力学的方法，求解各类风致振动及其稳定性。
西奥多尔森(Theodorsen)理想平板颤振自激力理论；斯 坎伦(Scanlan) 桥梁断面颤振理论；达文波特（ Davenport） 抖振准定常理论。
中南大学桥梁工程系
桥梁风振概述
武汉阳逻长江大桥成桥态
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桥梁风振概述
安庆铁大桥
均匀流场（成桥无车状态）
桥梁风振概述
沪通铁路长江大桥
紊流场（ 成桥无车状态，模拟大气边界层） 27
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?现场观测
桥梁风振概述
实桥测量风振特征与参数，是一种很好的研究手段，尤 其是桥梁发生风致病害时，研究价值更大。塔克马桥的实况 录像为桥梁事故原因分析以及桥梁风工程发展起到了重要的 推动作用。
用各根索固有频率的不同所产生的干扰效应来传递能量以达到抑振的目 的
? 风雨振的发振机理目前还不是十分清楚，但上述两抑振措施被证明是 十分有效的。
? 风雨振发振对雨量、风向、风特性、索表面特性均有要求，制约因素 很多，因而目前实验室虽能再现风雨振，但对具体桥来说难以明确其 会否发生风雨振。
桥梁风振概述
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桥梁风振概述
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桥梁风振概述
桥梁风振概述
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桥梁风振概述
?气动弹性现象：气流中的弹性体发生变形或振动，从而改变气 流边界条件，引起气流力的变化，反过来又引起弹性体新的变形 与振动，这种气流力与结构相互作用的现象即为气动弹性现象 。
加装风嘴、中央开槽、稳定板，使桥梁截面接近流线型， 避免或推迟漩涡脱落发生，增大竖向振动空气阻尼。
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桥梁风振概述
加装风嘴、中央开槽、稳定板，使桥梁截面接近流线型， 避免或推迟漩涡脱落发生，增大竖向振动空气阻尼。
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桥梁风振概述
?机械减振措施
加阻尼器（如TMD，磁流变阻尼器）。
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桥梁风振概述
?数值模拟
应用计算流体力学 方法，在计算机上实现桥 梁风振全过程，称为数值 风洞技术。
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桥梁风振概述 桥梁风振的减振措施
?空气动力学措施
引起桥梁振动的风荷载性质与桥梁外形有关。在不改变桥 梁结构与使用性能的前提下，适当改变桥梁外形或附加一些导 流装置，往往可以减轻桥梁风振。如：
0.02~0.03的结构阻尼后即可制振。 5、风雨振动易发生于位于平坦地区或跨海的桥梁上； 6、以面内振动为主； 7、斜拉索的水平偏角在30O～80O之间（也有文献认为在 20O ～60O ）；
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桥梁风振概述
? 目前国内外抑制斜拉索雨振的措施主要包括两类:
– 阻尼措施，即通过外加阻尼器增加系统的总体阻尼，从而达到减振、抑 振的作用；阻尼比要求大于0.35%即可（对数衰减率大于0.02）。
桥梁风振概述
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桥梁风振概述
? 桥梁风致病害典型案例 ? 桥梁风振的主要形态 ? 桥梁风工程的主要研究方法 ? 桥梁风致振动的减振措施
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桥梁风振概述
?大跨桥梁风致灾害
? 桥梁使用性能
? 桥名：伏尔加河桥 ? 时间：2010年5月 ? 风速：13~16m/s（6级风）
? 桥梁抗风安全性
– 桥名：美国塔科马桥 – 时间：1940年11月 – 风速：19 m/s(8级风）
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风雨振动
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桥梁风振概述
雨振特点：
1 、雨振常发生在斜拉索表面为光滑时；其直径为范围为 80~200mm （也有文献认为在 140~225mm ），相应的雷诺 数范围为：6×104~2×105；
2、它是在风速为6~18m/s的范围内所发生的一种有限振动； 3、发生的频率处于3Hz以下的范围内； 4、结构阻尼增加后振幅减少，如附加对数衰减率为
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桥梁风振概述
风雨振动是20世纪80年代才发现的一种斜拉索风致振动现 象。就目前的共识而言，认为风雨振动是指在一定风速 范围内，由于风、雨联合作用而引起的、处于一定姿态 的斜拉索的大振幅振动。下雨时当风的作用方向与斜拉 索的下坡一致时，在斜拉索的表面会形成上下两条通道， 雨日振本即名为港由西于大这桥些、通荒道津的大形桥成、，丹使麦斜法拉罗索桥的及截我面国变杨为浦对 空大气桥动、力武不汉稳长定江时二所桥发、生南的京振二动桥。、江西湖口大桥、鄂黄 长江大桥、洞庭湖大桥等的斜拉索的均出现过强烈的风 雨振动。名港西大桥观测到的最大风雨振动振幅达 0.55 米，洞庭湖大桥的最大振幅也超过 0.40米。 35
桥梁风工程的进一步发展，有待于基本理论框架的新突 破。
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桥梁风振概述
?风洞试验
目前，风洞试验是一个十分重 要且不可替代的手段。风洞试验包括： 节段模型试验，全桥模型试验等。
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第六章 桥梁风振概述 ?风洞试验
目前，风洞试验是一个十分重 要且不可替代的手段。风洞试验包括： 节段模型试验，全桥模型试验等。
– 气动措施，即通过改变索的表面状态，使索的气动性能、亲水性能及索 表面水的流动性能发生改变，从而在本质上减弱或消除雨振的发生机制， 常用方法包括在索表面施加凹坑或螺旋线。凹坑易被灰尘添满而失去作 用，而螺旋线会增大拉索的气动阻力， 对于大跨度公路桥梁来说，索上 风载占比较大，因而受影响较大。
– 一般认为钢胶线索阻尼大于平行钢丝索，不易发生风雨振动。 – 把拉索从外索至内索相互连接起来，通过连接件的伸缩来消能，同时利
?颤振：扭转发散振动或弯扭发散振动。如塔克马桥的桥面扭转 振动，飞机机翼振动
?驰振：细长结构因气流自激作用发生的纯弯曲大幅振动。如结 冰电线振动，塔柱、吊杆、拉索容易产生驰振形象。
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桥梁风振概述
?抖振：气流力受结构振动影响较小，气流力是一种强迫力，主 要是大气紊流导致结构强迫振动。 ?涡振：大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种 风致振动。
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? 拉索风雨振
? 桥名：日本名港西大桥 ? 时间：1987年10月 ? 风速：10m/s（5级风）
? 吊杆等局部构件
– 桥名：广东某桥 – 时间：2006年10月 – 风速：12m/s（6级风）
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桥梁风振概述
1818-1840 年风毁桥梁案例
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