大跨度橋梁風致振動研究概述

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1、大跨度橋梁風致振動研究概述大跨度橋梁風致振動研究概述大跨度橋梁風致振動研究概述大跨度橋梁風致振動研究概述大跨度橋梁風致振動研究概述大跨度橋梁風致振動研究概述大跨度橋梁風致振動研究概述一,大跨度橋梁風致振動研究概述廖海黎周述華———————～———_,—一(土木學院橋梁及結構工程系)【摘要】本文衙述大跨度橋梁風致振動的研究方法,研究現(xiàn)狀及我校的研究概況并提出今后需開展的主要研究方向.【美t詞】大跨度橋橋梁抗風,———●--‘-～—’—.一1引言風致振動近年來,隨著技術的進步.我國的大跨度橋梁不僅在公路建設中,同時也在鐵路建設中得到了令人鼓舞的發(fā)展.橋梁跨度的不斷增大,使得以往在中,小

2、跨度橋梁中并不突出的抗風問題變得越來越重要.在某些條件下,甚至成為控制橋梁設計的關鍵因素.橋梁風工程作為研究橋梁風致效應并為橋梁抗風設計提供理論及試驗依據的新興邊緣學科,在工程建設中發(fā)揮著日益重要的作用.橋梁結構的抗風穩(wěn)定性及各種類墨的風致振動,是橋梁風工程研究所關注的主要問題.盡管美國塔科馬大橋風毀事故發(fā)生后的半十多世紀來,橋梁風工程研究巳取得了長足的進步,對于諸如顫振等具有毀滅性的風振事故具備了有效的預測及預防手段,但國內外橋梁因其它風致振動引起的結構整體或局部的風害事故至今仍時有發(fā)生.這一方面是由于科技發(fā)晨水平所限,對某些問題的解決尚無良策}另一方面,也不能排除因技術決策者對

3、風的危害估計不足所致.對于大跨度橋梁審慎地進行抗風設計,不僅可以最大限度地避免橋梁在藏工及運營階段發(fā)生與風有關的重大工程事故,也有助于加快工程進度和節(jié)約開支,從而獲得可觀的經濟效益.2橋梁風致振動的研究方法縮尺模型風洞試驗,理論分析和足尺測量是進行橋粱風致振動研究的三十基本途徑,由于橋梁風致振動涉及到的鈍體空氣動力學及流固耦臺問蘑的復雜性,目前尚難以完全依賴理論計算解決各種類型的風致撩動問題,風洞模型試驗是研究橋梁風致振動最基本的手段.采用縮尺模型進行風洞試驗,能夠再現(xiàn)實際橋梁結構及構件的各種風致響應.尤其在三維流動效應明顯的情況下.它具有目前理論計算方法無法替代的優(yōu)勢.此外.模型

4、試驗還被用于測定結構斷面的氣動力參數,以便為理論計算提供依據.模型試驗除要求模型滿足相似律之外.還要求對大氣邊界層風場進行良好的模擬.后者的實現(xiàn)較前者難度更大.經過數十年的努力,對于太跨度橋梁的顫振.抖振等.已建立了比較成熟的計算分析理l7,‘},-’.,一—————,————論及方法.理論分析方法有助于對橋梁風振的內在機制及特征作深人研究,能夠將研究范圍拓展到模型試驗不易實現(xiàn)的眾多工況,還能獲取結構響應更為詳盡的信息.有鑒于此,目前,國內外關于橋梁風致振動的研究,多采用模型風洞試驗(包括節(jié)段模型試驗和氣彈模型試驗)與理論分析相結合,相互補充,相互校驗的方法進行.此外,對橋位處風環(huán)

5、境和風特性進行測量,對已建成橋梁的風致振動進行測量,可為風致振動研究提供最為可靠的資料.可惜國內在這方面做的工作極為有限.3我校的研究概況我校工業(yè)風洞(XNJD1)自1992年投人使用以來,在科學研究,學科建設和國民經濟建設中發(fā)揮了重要作用我校在橋梁風致振動理論,非定常氣動力測量與辨識,自然風場數值模擬,大氣邊界層物理模擬,斜拉索風(雨)振動機理研究,鈍俸繞流數值計算,橋梁風振控制等方面開展了深人的工作,在橋梁風工程的某些方面已走在國內前列.在這些工作的基礎上,我校已為國內外二十余座大跨度橋梁進行了風工程研究.其中包括具有重要影響的汕頭海灣大橋,虎門大橋,西陵長江大橋,江陰長江大橋

6、,廈門海滄大橋【圖1),武漢二橋和武漢三橋等;還包括迄今最大跨度的公鐵兩用斜拉橋蕪湖長江大橋,廣深高速鐵路虎跳門大橋(圖2)等.我校作為主持單位完成的汕頭海灣大橋抗風試驗研究已通過部級鑒定,鑒定認為該研究”在總體上達到了國際先進水平”.該成果獲1997年度鐵道部科技進步二等獎.18罔1廈門海滄大嬌氣彈換型風}1.1試驗f虎跳1J上橋施工狀忐彈摸型風洞試驗4今后需開展的研究工作雖然目前對橋梁風致振動的研究能力可滿足橋梁抗風設計的基本要求,但遠未達到完善的程度.大氣邊界層的物理模擬是模型試驗相似性的重要方面,目前國內外基本上是采用被動方法進行模擬,要想使紊斑強度,紊流尺度及紊流譜等重要

7、指標均滿足要求是非常困難的,近年來國外采用計算機控制的主動模擬方法,較好地實現(xiàn)了二維紊流風場的物理模擬.關于橋梁顫振分析,在強紊流條件下尚未建立有效的理論分析方法.在橋梁抖振分析方面,無論是譜分析方法或是時域分析方法,所給出的響應預測往往不能令人滿意,其重要因素之一是缺乏有效的獲取空氣動力導納函數的方法,對于橋梁的渦激振動的預測,尚未建立有效的分析模型,主要困難在于如何獲取非線性非定常氣動力.斜拉橋拉索的風(雨)致振動是近年橋梁工程中較為突出的風害現(xiàn)象之一.國外已投人