第２６卷第２３期　２０１０年１２月　甘肃科技　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌ　，０Ｚ．２６Ⅳ０．２３　Ｄｅｃ．２Ｏ１Ｏ　

桥梁结构风致振动及其控制措施分析研究　杨星波，陈剑　（西安市市政设施管理局，陕西西安７１００１６）　摘要：由于近年来逐渐增多的大跨度结构具有轻柔的特点，其抗风性能亦面临着前所未有的考验。总结了桥梁结　构通常会出现的风致振动，并论述了相应的结构振动控制措施，以期对大跨度桥梁结构的建设有一定的参考意义。　关键词：桥梁；风致破坏；控制措施；失稳　中图分类号：Ｕ４４１　随着我国交通基础建设的迅猛发展，跨越江海　的大跨度桥梁数量也逐渐增多，桥梁向大跨、轻、柔　方向发展。这种趋势在美观及经济性方面均较为有　益，但同时也给结构设计和施工安全提出了更高的　要求，而桥梁的抗风抗震性能也面临前所未有的考　验。　大跨度柔性桥梁的出现使得风荷载成为结构的　支配性荷载，桥梁受风荷载作用后，结构物振动与风　场间产生的互制现象（空气弹力效应）所引起的气　动力不稳定现象机率大为增加。无论是强风或是弱　风都有可能使结构的整体或局部产生破坏，加之桥　梁受风作用比震害更具有频繁性，使得桥梁结构的　抗风问题显得尤为突出。　国际著名的风工程专家Ｄａｖｅｎｐｏ￣教授援引联　合国的统计资料指出：“约半数以上的自然灾害与　风有关”…。作为城市生命线工程的重要组成部　分，桥梁一旦遭受风灾影响造成损伤或破坏，带来的　后果将十分严重。而近年来由风荷载作用引起的结　构破坏亦屡见不鲜。因此，通过对大跨度桥梁的抗　风问题进行理论研究，采取有效的措施减小桥梁在　施工和成桥状态下的风致振动，把风对桥梁的危害　控制在容许范围内，具有十分重要的理论价值和实　际意义。　‘　１桥梁结构的风致破坏　近几年来，随着我国大跨度桥梁的建设，桥梁风　致灾害也时有发生，如广东南海九江公路斜拉桥在　施工过程中，吊机被大风吹倒，砸坏主梁；江西九江　长江公铁两用钢拱桥吊杆的涡激共振现象；上海杨　浦大桥斜拉索的涡振和风雨振等。从世界各国的毁　桥事故中吸取教训。重视桥梁抗风的设计以做到防　患于未然是如今的桥梁建设者必须面对的问题。　从工程抗风设计角度，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两部分　来进行分析　Ｊ。平均风是在给定的时间间隔内，将　风对结构的作用速度、方向以及其他物理量都看成　不随时间改变的量，虽然这部分风的本质是动力的，　但其作用与静力作用相近，可认为其作用相当于静　力。脉动风是由风的不规则性引起的，其强度随时　问随机变化，其作用性质完全是动力的。下面将从　静力和动力两个方面对桥梁结构中常见的振动问题　及研究情况进行介绍。　１．１桥梁风致静力失稳　平均风所产生的静荷载简称静力风荷载，静风　荷载有可能导致结构静力失稳。其现象就是结构在　给定风速作用下，主梁发生弯曲和扭转，会改变结构　的刚度，亦会改变静风荷载的大小，并在同时增大结　构的变形，最终导致结构失稳。　风的静力失稳效应是人类很早就认识到的问　题，但是由于大跨径桥梁结构的颤振临界风速一般　都低于静力失稳的发散风速，因而对静风荷载作用　下大跨径桥梁极限承载力问题的研究开展较晚。２ｏ　世纪７０年代之后，才在许多风洞试验中发现了静力　扭转发散的现象。静风失稳现象发生给未来超大跨　径的缆索承重体系桥梁结构的空气静力稳定性发出　了警戒信号。大跨度桥梁的空气静力失稳问题亦逐　渐引起了各国桥梁界的重视，但目前还不完善。　１．２风对桥梁的动力作用　一般情况下，桥梁在脉动风荷载作用下会发生　限幅振动——抖振或涡激振动。抖振是指大气中的　紊流成分所激起的结构强迫振动，由于其发生频率　较高，可能会引起结构的疲劳，过大的抖振振幅会引　起行人的不舒适感，甚至危及桥梁上高速行车的安　全【

３】。根据现有的研究成果，抖振虽然不像颤振那　第２３期　杨星波等：桥梁结构风致振动及其控制措施分析研究　１　１　３　样会引起灾难性的失稳破坏，但是过大的抖振响应　在桥梁施工期间可能危及施工人员和机械的安全，　在成桥运营阶段则会带来结构刚度问题、影响行人　和车辆的舒适性，亦会引起交变应力缩短构件的疲　劳寿命。　涡激振动是由于风流经各种断面形状（圆形、　矩形、多边形等）的钝体结构时有可能发生漩涡脱　落，在结构两侧会形成不对称脱落的漩涡，从而形成　交替作用在物体上的横风向的涡激力或力矩，结构　在这种类似简谐力的作用下，就会发生横风向或扭　转的涡激振动。当涡激脱落频率接近或等于结构的　自振频率时，将会激发出结构的共振。　在某种情况下，激励部分可以产生负阻尼，当风　速达到某值时，负阻尼大于正阻尼，此时振动产生后　会愈演愈烈，振幅不断增大，直至结构产生失稳破　坏。桥梁的空气动力失稳有颤振和驰振两种可能。　桥梁颤振是一种空气动力失稳现象，它是由结　构内部弹性力、惯性力、阻尼力和自激力相互作用而　形成的一种十分复杂的气动弹性稳定问题。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收能量，从而　使振幅逐步增大直至结构破坏。　驰振则是非圆形的边长比在一定范围内的类似　于矩形断面的钝体结构及构件，由于升力曲线的负　斜率效应，微幅振动的结构从风流中不断吸收能量。　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，形成的一种分散的横风向单自由　度弯曲自激振动。　桥梁结构的驰振与颤振是两种最主要的气动弹　性不稳定现象，并可能造成严重的灾难性后果。　２结构风致振动控制措施　桥梁结构的风致振动成为大跨度桥梁设计不可　忽略的控制因素之一，因此，如何采取有效的措施来　抑制大跨度桥梁结构的振动响应是广大工程师与科　研工作者所面临的现实问题。　振动控制是通过在工程结构的特定部位装设某　种装置、或某种机构或某种子结构或施ＪＪｎ￣＇ｂ力以改　变或调整结构的动力特性或动力作用。当结构受到　风荷载激励时，这些控制系统被动或主动地施加一　组控制力，来降低结构的动力反应，从而实现减缓结　构振动，减小结构变形的目的。大跨度桥梁风致振　动控制的措施主要有气动措施、结构措施和机械措　施三种　引。　空气动力学措施是在不改变桥梁结构与使用性　能的前提下，适当改变桥梁的外形布置或者附加一　些导流装置的经验，通常均能起到减轻桥梁风致振　动的作用。机械减震措施包括隔振技术、被动耗能　减振以及主动、半主动和智能控制，其控制力通常是　由控制装置随结构振动变形而产生的。除了上述气　动措施和机械措施外，还可以通过合理地改变缆索　体系、设置辅助拉索系统、设置刚性吊杆等来增大结　构刚度的结构措施，以增大弯扭模态频率间的分离　和模态形状间的差异，从而改善大跨悬索桥的颤振　稳定性。　３结语　大跨度桥梁作为交通枢纽和生命线工程，其在　强烈外荷载的作用下剧烈的动力响应使得采取有效　的措施来抑制大跨度桥梁结构的振动响应具有重要　的研究意义。然而，抗风结构措施的形式多种多样，　大部分研究还处于概念设计和初步理论研究阶段，　还有许多问题需进一步研究。因此，需要我们再深　入细致地开展研究，优化各种控制措施，探索更为有　效的控制原理，通过不断的试验验证和完善，为早日　运用到实际工程中去而努力。　参考文献：　、　［１］　吴瑾，夏逸鸣，张丽芳．土木工程结构抗风设计［Ｍ］．　北京：科学出版社，２００７．　［２］　埃米尔．希缪，罗伯特Ｈ斯坎伦．风对结构的作用——　风工程导论［Ｍ］．刘尚培，项海帆，谢霏明译．上海：同　济大学出版社，１９９２：４０－８８．　［３］　姜天华．大跨度桥梁风致振动控制研究［Ｄ］．武汉理工　大学，２００９．　［４］宋锦忠，林志兴，徐建英．桥梁抗风气动措施的研究及　应用［Ｊ］．同济大学学报，２００２，３０（５）：６１８－６２１．　・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●”　（上接第１１６页）　参考文献：　［１］刘春风，吕晓晨，冯冰冰．钢弦石膏板隔墙施工［Ｊ］．施　工技术，２０００，２９（８）：３６－３７．　［２］　路文良．钢弦石膏板隔墙施工技术［Ｊ］．建筑技术，　２００１，３２（９）：５９３．　［３］　叶青，熊壮．钢弦石膏板施工技术［Ｊ］．建筑技术，　２００６，３７（９）：６７６－６７８．　［４］　王全祥．钢想立筋双层石膏板隔墙．中国专利：　０２０２３３９．６［Ｐ］，２００１—０２—２３．