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1、2015年11月第11期城市道橋與防洪橋梁結(jié)構(gòu)65大跨度橋梁抗風措施研究吳志勤，何超(1．南京先行交通工程設計有限責任公司，江蘇南京21016；2．中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北武漢430056)摘要：橋梁風害是人們非常關心的問題之一。橋梁應具有抵抗風作用的能力，風對橋梁的作用不單純是平均風的靜力作用，特別是大跨度橋梁，其柔性較大，設計時必須考慮顫振、抖振、弛振等空氣動力問題。分析總結(jié)了以往的橋梁風毀事故，研究了風對橋梁結(jié)構(gòu)的作用及其對策，有關經(jīng)驗可供相關專業(yè)人員參考。關鍵詞：大跨度橋梁；顫振；抖振；弛振
2、中圖分類號：u448．14文獻標志碼：A文章編號：1009—7716(2015)11-0~5—05明顯的振動。其中在1951年對金門大橋進行實測0引言時，發(fā)現(xiàn)該橋在8～9級風力的作用下，主梁1／4處1879年12月，英國的Tay橋遭受暴風雨襲的最大單幅1．7m【”。如此強烈的振動，對橋梁結(jié)構(gòu)擊，85跨鑄鐵桁架中的13跨連同正行駛于其上的的疲勞壽命、行車安全等的危害是不言而喻的。一列火車一起墜人河中。1940年秋，在19m／s的8表1風毀橋梁一覽表級大風作用下，美國華盛頓建成僅4個月的塔科馬峽谷懸索橋發(fā)生強烈的扭轉(zhuǎn)振
3、動。橋面的扭轉(zhuǎn)振動不斷增大，發(fā)展到±45o的扭角時，吊索被逐根拉斷，橋面折斷墜落入峽谷中。塔科馬大橋的風毀引起了國際橋梁工程界和空氣動力界的極大關切，并開展了大量的理論探索和風洞實驗研究。事故發(fā)生后的調(diào)查表明，自19世紀初以來已有1O座橋梁遭到了風毀，橋梁風害也由此被納入到橋梁設計內(nèi)容中來。一直到20世紀50年代，通過吸取教訓，改進主梁斷面形狀后，大跨度橋梁又得到蓬勃發(fā)展，美國、日本和丹麥等國先后建成了主跨在1km以上的大跨度懸索橋，其中日本1998年建成的明石海峽橋主跨達1990．8m。隨著大跨度橋梁建設的日益興
4、起，橋梁抗風方面的研究也逐漸成為大跨度橋梁設計方面所關注的焦點。1橋梁風害的回顧1962年到1963年間，日本的一座架設中的桁架橋和一座簡易人行吊橋相繼遭到風毀。1964年有記錄的橋梁風毀事故發(fā)生于1818年，在狂建成的英國福斯橋的獨立橋塔在施工中因風振而風作用下，蘇格蘭的D~burghAbbey橋遭到毀壞。產(chǎn)生塔柱接頭部位的損傷。近幾年來，隨著我國大直到1940年，世界范圍內(nèi)先后有12座橋因風的跨度橋梁的建設，橋梁的風害也時有發(fā)生。例如廣作用而遭到不同程度的破壞，見表1。其中風害造東南海九江公路斜拉橋施工中吊機被
5、大風吹倒，成嚴重事故是英國蘇格蘭的Tay橋的倒塌，共造成砸壞主梁；江西九江長江公路鐵路兩用鋼拱橋吊了75人死亡。此外，風震將導致大跨徑橋梁產(chǎn)生桿的渦激共振、上海楊浦斜拉橋纜索的渦振和雨收稿日期：2015—07—13振使索套損壞等】。這些橋梁風害事故的出現(xiàn)使人作者簡介：吳志勤(1981一)，男，江蘇南京人，工程師，從事混凝土們越來越意識到橋梁風害問題的重要性，促使橋橋梁結(jié)構(gòu)設計工作。66橋梁結(jié)構(gòu)城市道橋與防洪2015年11月第11期梁工作者對風作用進行深入研究分析。的顫振類同，是一種風致扭轉(zhuǎn)發(fā)散振動；另一種觀點認為塔
6、科馬橋的主梁是H型斷面，存在明顯的2風對橋梁結(jié)構(gòu)的作用渦流脫落，因此是一種渦激共振。兩種觀點互相爭根據(jù)風荷載的速度變化規(guī)律及作用周期長論，直到1969年，斯坎倫(R．Scanlan)提出了鈍體短，通常將其劃分為平均風和脈動風兩種類型。斷面的分離流顫振理論，成功地解釋了塔科馬橋在給定的時間間隔內(nèi)，風對橋梁作用的速度大的風毀機理，并由此奠定了橋梁顫振的理論基礎。小及方向不隨時間改變，且作用周期遠大于橋梁結(jié)在這以后，又發(fā)展了多種橋梁顫振分析方法。使大構(gòu)的自振周期l2l，此類風荷載稱為平均風，其對橋跨度橋梁的顫振問題在工程
7、上得到了較好的解梁的作用類似于靜力作用。平均風的靜壓對結(jié)構(gòu)釋。產(chǎn)生阻力、升力和力矩作用，可引起橋梁的強度、顫振是一種危險的自激發(fā)散振動，當風速達變形破壞及靜力失穩(wěn)。到臨界風速時，振動的橋梁通過氣流的反饋作用風速圍繞平均風速隨時問隨機變化，同時作不斷吸取能量從而使振幅逐步增大直至最后結(jié)構(gòu)用周期較短_2]此類風荷載為脈動風，其屬于不規(guī)則破壞。它是指橋梁以扭轉(zhuǎn)振動形式或扭轉(zhuǎn)與豎向運動的風，對橋梁結(jié)構(gòu)的作用相當于動力作用。結(jié)彎曲振動相耦合形式的破壞性發(fā)散振動，顫振分構(gòu)的風致振動現(xiàn)象是多樣化的，總體可劃分為兩扭轉(zhuǎn)顫振和彎扭顫
8、振兩種。目前已有學者對橋梁大類：抖振和自激振動。多模態(tài)耦合顫振的自動分析進行了相關研究【3_。風對橋梁結(jié)構(gòu)的作用機理十分復雜，它受到風3．2馳振本身的自然特性(環(huán)境、地形、地貌)和橋梁結(jié)構(gòu)的對于非圓形截面的邊長比在一定范圍內(nèi)的類動力特性(結(jié)構(gòu)固有頻率、振型特性、阻尼特性)以似矩形截面的鈍體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件，升力曲線的負斜及風與橋梁結(jié)構(gòu)的相互影響等三方面因素的制率效
