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1、橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述v橋梁風(fēng)致病害典型案例橋梁風(fēng)致病害典型案例v橋梁風(fēng)振的主要形態(tài)橋梁風(fēng)振的主要形態(tài)v橋梁風(fēng)工程的主要研究方法橋梁風(fēng)工程的主要研究方法v橋梁風(fēng)致振動(dòng)的減振措施橋梁風(fēng)致振動(dòng)的減振措施 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述v陳政清陳政清橋梁風(fēng)工程橋梁風(fēng)工程v項(xiàng)海帆項(xiàng)海帆現(xiàn)代橋梁抗風(fēng)理論與實(shí)踐現(xiàn)代橋梁抗風(fēng)理論與實(shí)踐v項(xiàng)海帆項(xiàng)海帆橋梁概念設(shè)計(jì)橋梁概念設(shè)計(jì)主要參考資料:主要參考資料: 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)致病害典型案例橋梁風(fēng)致病害典型案例 塔科馬大橋:塔科馬大橋:19401940年建成,年建成,三跨連續(xù)加勁梁懸索橋,主跨三跨連續(xù)加勁梁懸索橋,主跨853m853m,寬,寬11.9m,11

2、.9m,加勁梁為加勁梁為H H型板型板梁,梁高梁,梁高2.45m2.45m。 建成建成4 4個(gè)月后,在個(gè)月后,在18m/s18m/s的的風(fēng)速風(fēng)速(8(8級(jí)級(jí)) )作用下,發(fā)散振動(dòng)持作用下,發(fā)散振動(dòng)持續(xù)續(xù)70min70min。最后,吊桿斷裂,加。最后,吊桿斷裂,加勁梁墜落河中。勁梁墜落河中。 原因:顫振失穩(wěn)。原因:顫振失穩(wěn)。塔科馬大橋風(fēng)毀實(shí)例塔科馬大橋風(fēng)毀實(shí)例 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述塔科馬大橋風(fēng)毀實(shí)例塔科馬大橋風(fēng)毀實(shí)例 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述1818-18401818-1840年風(fēng)毀橋梁案例年風(fēng)毀橋梁案例 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 主橋?yàn)橹鳂驗(yàn)?010跨一聯(lián)的鋼箱梁跨一聯(lián)的鋼箱梁連續(xù)梁橋,最

3、大跨度連續(xù)梁橋,最大跨度240m240m,寬,寬22.9m,22.9m, 梁高梁高6-11.5m6-11.5m。 在在16-17m/s16-17m/s的風(fēng)速作用下,的風(fēng)速作用下,發(fā)生豎向渦激振動(dòng),發(fā)生豎向渦激振動(dòng),跨中振幅跨中振幅達(dá)達(dá)50 cm50 cm。 安裝安裝1616臺(tái)可調(diào)質(zhì)量阻尼器臺(tái)可調(diào)質(zhì)量阻尼器(TMDTMD),渦激振動(dòng)),渦激振動(dòng)振幅只有振幅只有5 5 cmcm。日本東京灣通道橋的渦激共振日本東京灣通道橋的渦激共振 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 日本名港西大橋(日本名港西大橋(MeikoNishiMeikoNishi)、洞庭湖大橋均實(shí)測(cè)到拉)、洞庭湖大橋均實(shí)測(cè)到拉索在風(fēng)雨共存的條件下,

4、發(fā)生風(fēng)雨振。稱為影響最大的一種橋索在風(fēng)雨共存的條件下,發(fā)生風(fēng)雨振。稱為影響最大的一種橋梁病害。梁病害。斜拉索風(fēng)雨振斜拉索風(fēng)雨振 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振的主要形態(tài)橋梁風(fēng)振的主要形態(tài) 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述氣動(dòng)彈性現(xiàn)象:氣動(dòng)彈性現(xiàn)象:氣流中的彈性體發(fā)生變形或振動(dòng),從而改變氣氣流中的彈性體發(fā)生變形或振動(dòng),從而改變氣流邊界條件,引起氣流力的變化,反過(guò)來(lái)又引起彈性體新的變形流邊界條件,引起氣流力的變化,反過(guò)來(lái)又引起彈性體新的變形與振動(dòng),這種與振動(dòng),這種氣流力與結(jié)構(gòu)相互作用的現(xiàn)象即為氣動(dòng)彈性現(xiàn)象氣流力與結(jié)構(gòu)相互作用的現(xiàn)象即為氣動(dòng)彈性現(xiàn)象。 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述顫振:顫振:扭轉(zhuǎn)發(fā)散振動(dòng)或彎扭

5、發(fā)散振動(dòng)。如塔克馬橋的橋面扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)發(fā)散振動(dòng)或彎扭發(fā)散振動(dòng)。如塔克馬橋的橋面扭轉(zhuǎn)振動(dòng),飛機(jī)機(jī)翼振動(dòng)振動(dòng),飛機(jī)機(jī)翼振動(dòng)馳振:馳振:細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)因氣流自激作用發(fā)生的純彎曲大幅振動(dòng)。如結(jié)細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)因氣流自激作用發(fā)生的純彎曲大幅振動(dòng)。如結(jié)冰電線振動(dòng),塔柱、吊桿、拉索容易產(chǎn)生馳振形象。冰電線振動(dòng),塔柱、吊桿、拉索容易產(chǎn)生馳振形象。 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述抖振:抖振:氣流力受結(jié)構(gòu)振動(dòng)影響較小,氣流力是一種強(qiáng)迫力,主氣流力受結(jié)構(gòu)振動(dòng)影響較小,氣流力是一種強(qiáng)迫力,主要是大氣紊流導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)迫振動(dòng)。要是大氣紊流導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)迫振動(dòng)。渦振:渦振:大跨度橋梁在低風(fēng)速下容易發(fā)生的一種大跨度橋梁在低風(fēng)速下容易發(fā)生的一種風(fēng)致振動(dòng)。風(fēng)

6、致振動(dòng)。橋梁風(fēng)振的研究方法橋梁風(fēng)振的研究方法 運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)原理,建立各類風(fēng)荷載的數(shù)學(xué)模型,應(yīng)運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)原理,建立各類風(fēng)荷載的數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的方法,求解各類風(fēng)致振動(dòng)及其穩(wěn)定性。用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的方法,求解各類風(fēng)致振動(dòng)及其穩(wěn)定性。 西奧多爾森西奧多爾森(Theodorsen)(Theodorsen)理想平板顫振自激力理論;斯理想平板顫振自激力理論;斯坎倫坎倫(Scanlan)(Scanlan)橋梁斷面顫振理論;達(dá)文波特(橋梁斷面顫振理論;達(dá)文波特(DavenportDavenport)抖振準(zhǔn)定常理論。抖振準(zhǔn)定常理論。 橋梁風(fēng)工程的進(jìn)一步發(fā)展,有待于基本理論框架的新突橋梁風(fēng)工程的進(jìn)一步發(fā)

7、展,有待于基本理論框架的新突破。破。理論分析理論分析 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 目前,風(fēng)洞試驗(yàn)是一個(gè)十分重目前,風(fēng)洞試驗(yàn)是一個(gè)十分重要且不可替代的手段。風(fēng)洞試驗(yàn)包括:要且不可替代的手段。風(fēng)洞試驗(yàn)包括:節(jié)段模型試驗(yàn),全橋模型試驗(yàn)等。節(jié)段模型試驗(yàn),全橋模型試驗(yàn)等。風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)洞試驗(yàn) 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 目前,風(fēng)洞試驗(yàn)是一個(gè)十分重目前,風(fēng)洞試驗(yàn)是一個(gè)十分重要且不可替代的手段。風(fēng)洞試驗(yàn)包括:要且不可替代的手段。風(fēng)洞試驗(yàn)包括:節(jié)段模型試驗(yàn),全橋模型試驗(yàn)等。節(jié)段模型試驗(yàn),全橋模型試驗(yàn)等。中南大學(xué)橋梁工程系中南大學(xué)橋梁工程系風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)洞試驗(yàn)第六章第六章 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 實(shí)橋測(cè)量風(fēng)振特征與參數(shù),

8、是一種很好的研究手段,尤實(shí)橋測(cè)量風(fēng)振特征與參數(shù),是一種很好的研究手段,尤其是橋梁發(fā)生風(fēng)致病害時(shí),研究?jī)r(jià)值更大。塔克馬橋的實(shí)況其是橋梁發(fā)生風(fēng)致病害時(shí),研究?jī)r(jià)值更大。塔克馬橋的實(shí)況錄像為橋梁事故原因分析以及橋梁風(fēng)工程發(fā)展起到了重要的錄像為橋梁事故原因分析以及橋梁風(fēng)工程發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。推動(dòng)作用?,F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè) 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)方法,在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)橋方法,在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)橋梁風(fēng)振全過(guò)程,稱為數(shù)值梁風(fēng)振全過(guò)程,稱為數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)。風(fēng)洞技術(shù)。數(shù)值模擬數(shù)值模擬 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振的減振措施橋梁風(fēng)振的減振措施 引起橋梁振動(dòng)的風(fēng)荷載性質(zhì)與橋梁外形有

9、關(guān)。在不改變橋引起橋梁振動(dòng)的風(fēng)荷載性質(zhì)與橋梁外形有關(guān)。在不改變橋梁結(jié)構(gòu)與使用性能的前提下,適當(dāng)改變橋梁外形或附加一些導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)與使用性能的前提下,適當(dāng)改變橋梁外形或附加一些導(dǎo)流裝置,往往可以減輕橋梁風(fēng)振。如:流裝置,往往可以減輕橋梁風(fēng)振。如:空氣動(dòng)力學(xué)措施空氣動(dòng)力學(xué)措施 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 加裝風(fēng)嘴、中央開(kāi)槽、穩(wěn)定板,使橋梁截面接近流線型,加裝風(fēng)嘴、中央開(kāi)槽、穩(wěn)定板,使橋梁截面接近流線型,避免或推遲漩渦脫落發(fā)生,增大豎向振動(dòng)空氣阻尼。避免或推遲漩渦脫落發(fā)生,增大豎向振動(dòng)空氣阻尼。 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 加裝風(fēng)嘴、中央開(kāi)槽、穩(wěn)定板,使橋梁截面接近流線型,加裝風(fēng)嘴、中央開(kāi)槽、穩(wěn)定板,使橋梁截面接近流線型,避免或推遲漩渦脫落發(fā)生,增大豎向振動(dòng)空氣阻尼。避免或推遲漩渦脫落發(fā)生,增大豎向振動(dòng)空氣阻尼。 橋梁風(fēng)振概述橋梁風(fēng)振概述 斜拉索表面制造成凹痕或螺旋線,可以減輕斜拉索風(fēng)斜拉索表面制造成凹痕

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