《荷载与结构设计方法：第6讲风荷载（二）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《荷载与结构设计方法：第6讲风荷载（二）（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、例题 某某10层钢筋混凝土框架层钢筋混凝土框架剪力墙办公楼，总高剪力墙办公楼，总高39.3m，一层层高，一层层高6m，二层层高，二层层高4.5m，310层层高层层高3.6m，平面形状为矩形，平面形状为矩形，50.15X15m，各楼面荷载及质量、侧移刚度沿高度变化均匀。当各楼面荷载及质量、侧移刚度沿高度变化均匀。当地基本风压地基本风压0.7kN/m2，地面粗糙度为，地面粗糙度为C类，房屋类，房屋使用寿命使用寿命50年。求该建筑横向各楼层风力标准值。年。求该建筑横向各楼层风力标准值。例题 求解思路：求解思路：l确定基本公式中各项参数的值：确定基本公式中各项参数的值：例题 解解：l基本风压计算的取值
2、：基本风压计算的取值： 从建筑重要性考虑，计算时不增大基本风压，取从建筑重要性考虑，计算时不增大基本风压，取 0.7kN/m2，l体型系数的取值：查体型系数表，矩形：体型系数的取值：查体型系数表，矩形：例题 l风压高度变化系数的计算，查风压高度变化系数的计算，查P47表，计算结果如下表：表，计算结果如下表：楼楼层号号楼面距地楼面距地面高度面高度风压高度高度变化系数化系数160.74210.50.74314.10.74417.70.794521.30.861624.90.918728.50.976832.11.027935.71.0741039.31.121例题 l风振系数的计算：风振系数的计算
3、：该房屋高度大于该房屋高度大于30m，高宽比大于，高宽比大于1.5，因此应考虑风压脉动，因此应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响对结构发生顺风向风振的影响基本自振周期的计算：采用近似计算方法基本自振周期的计算：采用近似计算方法 取基本自振周期为：取基本自振周期为：0.6s例题 l风振系数的计算：风振系数的计算：按公式计算风振系数按公式计算风振系数求脉动增大系数求脉动增大系数 先求先求由于地面粗糙度为由于地面粗糙度为C类，基本风压应乘以类，基本风压应乘以0.62，得，得0.156 查表查表4.7，差值，得，差值，得根据根据H/B，查表，查表4.11，差值得，差值得 例题 l风振系数的计算：风
4、振系数的计算：按公式计算第一振型系数按公式计算第一振型系数风振系数计算结果如下：风振系数计算结果如下： 楼楼层号号楼面距楼面距地面高地面高度度相相对高高度度z/H风压高高度度变化化系数系数振型振型系数系数各各层风振系数振系数160.1530.741.2580.4170.20651.1463210.50.2670.741.2580.4170.31011.2198314.10.3590.741.2580.4170.38791.2749417.70.4500.7941.2580.4170.46281.3057521.30.5420.8611.2580.4170.53811.327624.90.634
5、0.9181.2580.4170.61441.3510728.50.7250.9761.2580.4170.69181.3718832.10.8171.0271.2580.4170.77291.3947935.70.9081.0741.2580.4170.85701.41851039.31.0001.1211.2580.4171.00001.4679例题 l各楼层位置风荷载标准值计算：各楼层位置风荷载标准值计算：计算结果如下：计算结果如下：楼楼层号号受受风面面积各各层风振振系数系数风压高度高度变化系数化系数体型体型系数系数基本基本风压各各层风荷荷载标准准值12631.14630.741.30.
6、7203.014522031.21980.741.30.7166.746931801.27490.741.30.7154.533241801.30570.7941.30.7169.815751801.3270.8611.30.7187.149261801.35100.9181.30.7203.147771801.37180.9761.30.7219.30881801.39471.0271.30.7234.620191801.41851.0741.30.7249.544210901.46791.1211.30.7134.7678横风向风振-涡激共振的产生一、横风向风振的产生原因一、横风向风振的产
7、生原因l横风向风振是由于不稳定的空气动力作用造成横风向风振是由于不稳定的空气动力作用造成l横风向风振与结构的截面形状和雷诺数有关横风向风振与结构的截面形状和雷诺数有关 二、雷诺数的定义二、雷诺数的定义l空气流动过程中惯性力与粘性力之比，雷诺数相同流体的动空气流动过程中惯性力与粘性力之比，雷诺数相同流体的动 力特性相似力特性相似 空气粘性系数，可取空气粘性系数，可取 运动粘性系数，运动粘性系数，D 结构截面的直径（m）Re=69000vD横风向风振-涡激共振的产生 二、雷诺数的定义二、雷诺数的定义l横风向风振与结构的截面形状和雷诺数有关横风向风振与结构的截面形状和雷诺数有关l雷诺数与风速的大小成
8、正比，风速变化时雷诺数也发生变化雷诺数与风速的大小成正比，风速变化时雷诺数也发生变化三、雷诺数的大小与横向风振发生的关系三、雷诺数的大小与横向风振发生的关系l雷诺数小于雷诺数小于1，流体附着在圆柱体表面，流动不分离，流体附着在圆柱体表面，流动不分离l ，出现流动分离，分离流线内有两个稳定漩涡，出现流动分离，分离流线内有两个稳定漩涡l ，分离的流体在圆柱体后形成窝列，当漩涡脱落频率，分离的流体在圆柱体后形成窝列，当漩涡脱落频率 接近结构横向自振频率时，即发生横向风振接近结构横向自振频率时，即发生横向风振l ，漩涡脱落紊乱，没有明显周期，将发生随机振动，漩涡脱落紊乱，没有明显周期，将发生随机振动l
9、 ，漩涡脱落又成规律变化，当漩涡脱落频率接近结构横向，漩涡脱落又成规律变化，当漩涡脱落频率接近结构横向自振频率时，即发生强风横向风振自振频率时，即发生强风横向风振横风向风振-涡激共振的产生当结构发生强风共振，由于卡门（当结构发生强风共振，由于卡门（Karman）对涡激共振现象进）对涡激共振现象进行了深入的分析，圆柱体后的涡列又称为卡门涡列。行了深入的分析，圆柱体后的涡列又称为卡门涡列。后来斯脱罗哈（后来斯脱罗哈（Strouhal）在研究的基础上指出漩涡脱落现象可）在研究的基础上指出漩涡脱落现象可以用一个无量纲参量来描述，该参数命名为斯脱罗哈数以用一个无量纲参量来描述，该参数命名为斯脱罗哈数式中
10、：式中：St-斯脱罗哈数；斯脱罗哈数； Ts-漩涡脱落一个完整的周期；漩涡脱落一个完整的周期； v-来流平均速度（来流平均速度（m/s）横风向风振-锁定现象及共振高度锁定现象：锁定现象：试验研究表明，一旦结构产生涡激共振，结构的自振频率就控制漩涡脱落试验研究表明，一旦结构产生涡激共振，结构的自振频率就控制漩涡脱落频率。漩涡脱落频率随风速而发生变化，在结构产生横向共振反应时，若频率。漩涡脱落频率随风速而发生变化，在结构产生横向共振反应时，若风速增大，漩涡脱落频率仍然维持不变，与结构自振频率保持一致，这一风速增大，漩涡脱落频率仍然维持不变，与结构自振频率保持一致，这一现象称为锁定。现象称为锁定。只
11、有当风速大于结构共振风速约只有当风速大于结构共振风速约1.3倍时，漩涡脱落才重新按新的频率激振。倍时，漩涡脱落才重新按新的频率激振。横风向风振-锁定现象及共振高度 共振区高度共振区高度在一定的风速范围内将发生涡激共振，涡激共振发生的初始风速为临界在一定的风速范围内将发生涡激共振，涡激共振发生的初始风速为临界风速，临界风速风速，临界风速Vcr可由下式导出：可由下式导出：式中式中 St-斯脱罗哈数，对圆截面取斯脱罗哈数，对圆截面取0.2； Tj-结构第结构第j振型自振周期；振型自振周期； 由锁住现象可知，在一定的风速范围内将发生由锁住现象可知，在一定的风速范围内将发生涡激共振，对图所示的圆柱体结构
12、，可沿高度方涡激共振，对图所示的圆柱体结构，可沿高度方向取（向取（1.01.3）Vcr的区域为锁定区，即共振的区域为锁定区，即共振区。区。横风向风振-锁定现象及共振高度 对应于共振区起点高度对应于共振区起点高度H1的风速应为临界风速的风速应为临界风速Vcr，可以根据，可以根据风剖面的指数变化规律，取离地标准高度为风剖面的指数变化规律，取离地标准高度为10m，有：，有：可得可得式中：式中：H-结构总高度（结构总高度（m）；）；vH-结构顶部风速（结构顶部风速（m/s)对应于风速对应于风速1.3Vcr的高度的高度H2，根据风剖面的指数变化规律，取离地标准，根据风剖面的指数变化规律，取离地标准高度为
13、高度为10m，同样可以导出，同样可以导出计算出的计算出的H2值有可能大于结构总高度值有可能大于结构总高度H，也有可能小于结构总高度，也有可能小于结构总高度H，实际工程中一般均取实际工程中一般均取H2=H，即共振区范围为（，即共振区范围为（H-H1）横风向风振-横风向风振验算 涡流脱落振动特征可根据雷诺数涡流脱落振动特征可根据雷诺数Re的大小划分为三个临界范围，涡激振的大小划分为三个临界范围，涡激振动状态与斯脱罗哈数动状态与斯脱罗哈数St有关。对圆形截面的结构，应根据不同情况进行横有关。对圆形截面的结构，应根据不同情况进行横风向风振验算。风向风振验算。（1）亚临界范围 工程中雷诺数小于工程中雷诺
14、数小于300的情况极少遇到，即便遇到也因风速过小可以忽的情况极少遇到，即便遇到也因风速过小可以忽略，因而该范围内的情况实际上不需要考虑。略，因而该范围内的情况实际上不需要考虑。 当当3.0*102Re3.0*105时，一般风速较低，即使漩涡脱落频率与时，一般风速较低，即使漩涡脱落频率与结构自振频率相符，发生亚临界的微风共振，也不会对结构的安全产生严重结构自振频率相符，发生亚临界的微风共振，也不会对结构的安全产生严重影响。影响。横风向风振-横风向风振验算 工程设计时，应采取适当构造措施，控制结构顶部风速工程设计时，应采取适当构造措施，控制结构顶部风速VH不超过临界不超过临界风速风速Vcr，可按照
15、下列公式确定：，可按照下列公式确定：式中：式中：T1-结构基本自振周期；结构基本自振周期； w-风荷载分项系数，取风荷载分项系数，取1.4； H-结构顶部风压高度变化系数；结构顶部风压高度变化系数； 当结构沿高度截面缩小时（倾斜度不大于当结构沿高度截面缩小时（倾斜度不大于0.02），可近似取），可近似取2/3结结构高度处的风速和直径来计算雷诺数和其他参数。构高度处的风速和直径来计算雷诺数和其他参数。横风向风振-横风向风振验算（2）超临界范围（ 3.0*105Re3.0*106 ） 该范围漩涡脱落没有明显周期，结构的横向振动呈现随机特征，不该范围漩涡脱落没有明显周期，结构的横向振动呈现随机特征，
16、不会产生共振响应，且风速也不是很大，工程上，一般不考虑横风向振动。会产生共振响应，且风速也不是很大，工程上，一般不考虑横风向振动。（3）跨临界范围（ 3.0*106Re） 当风速进入跨临界范围时，重新出现规则的周期性漩涡脱落，一旦漩当风速进入跨临界范围时，重新出现规则的周期性漩涡脱落，一旦漩涡脱落频率与结构横向自振频率相近，结构将发生强烈涡激振动，必须进涡脱落频率与结构横向自振频率相近，结构将发生强烈涡激振动，必须进行横向风振验算。行横向风振验算。 跨临界强风共振引起在跨临界强风共振引起在z高度处阵型高度处阵型j的等效风荷载可由下列公式计算的等效风荷载可由下列公式计算。j-计算系数，按附表采用
17、，计算系数，按附表采用，zj-在在Z高度处结构的高度处结构的j阵型系数由附表确定。阵型系数由附表确定。j-第第j阵型的阻尼比阵型的阻尼比,对于第一阵型对于第一阵型,钢结构去钢结构去0.01,混凝土结构取混凝土结构取0.05;对对高阵型的阻尼比高阵型的阻尼比,若无实测资料若无实测资料,可近似按第可近似按第1阵型的值取用阵型的值取用.横风向风振-横风向风振验算横风向风振-横风向风振验算 在风荷载作用下在风荷载作用下,结构出现横向风振效应的同时结构出现横向风振效应的同时,必然存在顺风向风载必然存在顺风向风载效应效应,结构的风载总效应应是横风向和顺风向两种效应的矢量叠加结构的风载总效应应是横风向和顺风
18、向两种效应的矢量叠加。校核。校核横风向风振时，风的荷载效应横风向风振时，风的荷载效应S可将两个方向荷载效应按下式组合后确定可将两个方向荷载效应按下式组合后确定。 对于非圆形截面的柱体，如三角形、方形、矩形、多边形等棱柱体，对于非圆形截面的柱体，如三角形、方形、矩形、多边形等棱柱体，都会发生类似的漩涡脱落现象，产生涡激振动，但其规律更为复杂。对于都会发生类似的漩涡脱落现象，产生涡激振动，但其规律更为复杂。对于重要的柔性结构的横向风振等效风荷载宜通过风洞试验确定。重要的柔性结构的横向风振等效风荷载宜通过风洞试验确定。横风向风振-例题 某钢筋混凝土烟囱，平面为圆形截面，底部直径为某钢筋混凝土烟囱，平
19、面为圆形截面，底部直径为9m，顶部直径为，顶部直径为6m，总高度，总高度H=100m，烟囱倾斜度为，烟囱倾斜度为0.015；自振周期；自振周期T1=1.074s，T2=0.504s，阻尼比，阻尼比1=0.05；建于；建于B类地区，地面粗糙度指数类地区，地面粗糙度指数=0.16，基本风压值，基本风压值w0=0.55kN/m2，基本风速，基本风速v=29.67m/s，求横风向风振等效风荷载。求横风向风振等效风荷载。（1）横风向风振判别）横风向风振判别由风速沿高度变化的指数规律，可求出烟囱顶部风速由风速沿高度变化的指数规律，可求出烟囱顶部风速：横风向风振-横风向风振验算 取结构取结构2/3高度处计算
20、共振风速，该处直径高度处计算共振风速，该处直径D=7m，对应，对应T1临临界风速为：界风速为：对应对应T2的临界风速为：的临界风速为： 只有第只有第1自振周期的临界风速小于烟囱顶部风速，仅需对第自振周期的临界风速小于烟囱顶部风速，仅需对第1阵型进行横阵型进行横向风振验算。向风振验算。横风向风振-横风向风振验算（2）临界范围确定）临界范围确定近似取烟囱近似取烟囱2/3高度处的风速和直径计算雷诺数，该处风速为：高度处的风速和直径计算雷诺数，该处风速为：雷诺数属于跨临界范围，会出现强风共振属于跨临界范围，会出现强风共振（3）共振区范围）共振区范围临界风速起点高度临界风速起点高度H1、终结点高度、终结
21、点高度H2，按照前述公式计算有：，按照前述公式计算有：一般情况下取一般情况下取H2=H，即该烟囱共振区范围为，即该烟囱共振区范围为18.02100m。 该烟囱截面沿高度规律变化，第该烟囱截面沿高度规律变化，第1振型系数可由表确定。对应于共振起振型系数可由表确定。对应于共振起始点始点H1的第的第1阵型系数阵型系数z1=0.05，烟囱顶部第，烟囱顶部第1阵型系数阵型系数z1=1.00，再将再将Vcr等参数带入：等参数带入：横风向风振-横风向风振验算（4）强风共振等效风荷载）强风共振等效风荷载跨临界强风共振引起在跨临界强风共振引起在Z高度处第高度处第1阵型的等效风荷载可由下列公式确定：阵型的等效风荷
22、载可由下列公式确定：计算系数1，由H1/H=0.18， 查表可得1=1.54共振起始点处等效风荷载：烟囱顶部等效风荷载：共振区范围等效风荷载按指数规律变化共振区范围等效风荷载按指数规律变化桥梁风荷载 风荷载是桥梁结构的重要设计荷载，尤其是对于大跨径的斜拉桥和悬风荷载是桥梁结构的重要设计荷载，尤其是对于大跨径的斜拉桥和悬索桥，风荷载往往起着决定作用。风对桥梁结构的作用是复杂的空气动力索桥，风荷载往往起着决定作用。风对桥梁结构的作用是复杂的空气动力学问题，不可简单分为平均风引起的静力作用和脉动风引起的风振作用，学问题，不可简单分为平均风引起的静力作用和脉动风引起的风振作用，对于大跨桥梁还必须考虑结
23、构风致振动。对于大跨桥梁还必须考虑结构风致振动。风荷载的类型风荷载的类型l平均风作用平均风作用l脉动风作用脉动风作用l风升力作用风升力作用l风致振动风致振动 桥梁风荷载 桥梁风荷载-平均风作用 在顺风向平均风的作用下，结构上的风压值不随时间发生变化，风的在顺风向平均风的作用下，结构上的风压值不随时间发生变化，风的周期远离结构自振周期，可以将其看为静力作用。周期远离结构自振周期，可以将其看为静力作用。作用于桥上的风力可能来自任一方向，其中横桥向水平风力最为危险，作用于桥上的风力可能来自任一方向，其中横桥向水平风力最为危险，是主要计算对象。是主要计算对象。除桁架式上部构造应计算纵向风力外，其余类型
24、上部构造一般不计纵除桁架式上部构造应计算纵向风力外，其余类型上部构造一般不计纵向风力；向风力；横向风力（横桥方向）横向风力（横桥方向）横桥方向风力等于横向风压乘以迎风面积，按照下式进行计算。横桥方向风力等于横向风压乘以迎风面积，按照下式进行计算。 K1设计风速换算系数；设计风速换算系数；1.0和和0.85 K2风载体型系数；风载体型系数； K3风压高度变化系数；风压高度变化系数； K4地形、地理条件系数；地形、地理条件系数； W0基本风压（基本风压（Pa） 桥梁风荷载-平均风作用（1）基本风压值）基本风压值 考虑到桥梁高度大多为考虑到桥梁高度大多为20m，采用离地面高度，采用离地面高度20m作
25、为标准高度。作为标准高度。当有可靠风速记录时，按当有可靠风速记录时，按W0=v2/1.6计算（风压单位与前不同），计算（风压单位与前不同），若无风速记录，可参照若无风速记录，可参照桥规桥规通过实地调查核实后采用。通过实地调查核实后采用。（2）设计风速频率换算系数）设计风速频率换算系数 公路公路桥规桥规中基本风压值是按照设计风速频率为中基本风压值是按照设计风速频率为1/100，即风，即风速重现期为速重现期为100年绘制的。根据桥梁重要性的不同应考虑不同的风速年绘制的。根据桥梁重要性的不同应考虑不同的风速重现期，对于特殊大桥及在高速公路和一、二级公路上的大、中桥梁，重现期，对于特殊大桥及在高速公路
26、和一、二级公路上的大、中桥梁，设计风速频率取为设计风速频率取为1/100，即，即K1=1.0，对于其他小型桥梁，对于其他小型桥梁，K1=0.85.桥梁风荷载-平均风作用(3)风荷载体形系数风荷载体形系数 它与桥梁体形、构件断面形成等因素有关、根据理论分析和风洞试它与桥梁体形、构件断面形成等因素有关、根据理论分析和风洞试验的结果，桥墩的风荷载体形系数如图。实腹桥和桁架桥等上部结构验的结果，桥墩的风荷载体形系数如图。实腹桥和桁架桥等上部结构取为取为1.3，桁架结构在计算迎风面积时，应按桁架充实程度将轮廓面，桁架结构在计算迎风面积时，应按桁架充实程度将轮廓面积这算成实体面积计算风压力。积这算成实体面
27、积计算风压力。桥梁风荷载-平均风作用（4）风压高度变化系数）风压高度变化系数风压高度变化系数确定方法同前述，由于桥梁大多建于河岸、田野等房屋风压高度变化系数确定方法同前述，由于桥梁大多建于河岸、田野等房屋稀少地段，下表列出了空旷平坦地面风压高度变化系数。稀少地段，下表列出了空旷平坦地面风压高度变化系数。（5）地形、地理条件系数）地形、地理条件系数基于不同地理、地形的对风场的影响，应考虑如下的修正基于不同地理、地形的对风场的影响，应考虑如下的修正桥梁风荷载-平均风作用纵向风力（顺桥方向）纵向风力（顺桥方向）梁式桥上部结构迎风面积很小，而桥梁纵向刚度较大，一般不计算纵向梁式桥上部结构迎风面积很小，
28、而桥梁纵向刚度较大，一般不计算纵向风力；风力；桁架式上部构造的纵向风力，可按横向风压的桁架式上部构造的纵向风力，可按横向风压的40%乘以桁架的迎风面乘以桁架的迎风面积计算；积计算；吊桥塔架上的纵向风力，可按横向风压乘以塔架的迎风面积计算；吊桥塔架上的纵向风力，可按横向风压乘以塔架的迎风面积计算；桥墩上的纵向风力，可按横向风压的桥墩上的纵向风力，可按横向风压的70%乘以桥墩迎风面积计算。桥乘以桥墩迎风面积计算。桥墩的纵向风力，由于纵向间互相干扰，风压减弱。削减程度与桥墩高度墩的纵向风力，由于纵向间互相干扰，风压减弱。削减程度与桥墩高度H及两桥墩的距离及两桥墩的距离S有关，按下表有关，按下表桥梁风
29、荷载-脉动风作用现行公路现行公路桥规桥规风力计算时未涉及脉动风影响，只适用于普通中、小风力计算时未涉及脉动风影响，只适用于普通中、小型桥梁。脉动风的影响可以通过阵风风压分布系数来反映；型桥梁。脉动风的影响可以通过阵风风压分布系数来反映；阵风风压分布系数是指在一般地貌条件下，作用于桥上任意点的瞬时最阵风风压分布系数是指在一般地貌条件下，作用于桥上任意点的瞬时最大风压与基本风压的比值；大风压与基本风压的比值；瞬时脉动风压是随时间和空间变化的随机荷载，因而阵风风压分布系数瞬时脉动风压是随时间和空间变化的随机荷载，因而阵风风压分布系数是与风压分布有关的统计量；是与风压分布有关的统计量；在一定保证率下的
30、设计最大风速在一定保证率下的设计最大风速vm可表示为：可表示为：V-平均风速；平均风速；v-由高斯曲线定出的脉动风速的标准值；由高斯曲线定出的脉动风速的标准值；-保证系数保证系数桥梁风荷载-风载升力作用桥梁的竖向风载主要是气流引起的升力作用，风载升力垂直作用在桥梁上桥梁的竖向风载主要是气流引起的升力作用，风载升力垂直作用在桥梁上部结构受风面的形心上，可用风载升力系数来反映。部结构受风面的形心上，可用风载升力系数来反映。风载升力系数是指风作用在桥梁上部结构水平投影面上的实际平均升力与风载升力系数是指风作用在桥梁上部结构水平投影面上的实际平均升力与来流风压的比值。来流风压的比值。升力是结构或构件所
31、受到的来流风向垂直的力，它是结构或构件有环量绕升力是结构或构件所受到的来流风向垂直的力，它是结构或构件有环量绕流在上下表面存在压力差以及气体的粘性摩擦力作用而产生的向上（或向流在上下表面存在压力差以及气体的粘性摩擦力作用而产生的向上（或向下）的空气力分力。主要与桥梁体形、构件断面形状、尺寸比以及来流攻下）的空气力分力。主要与桥梁体形、构件断面形状、尺寸比以及来流攻角有关。角有关。桥梁风荷载-风载升力作用斜攻角小于斜攻角小于5情况下，普通板式桥、桁架桥以及情况下，普通板式桥、桁架桥以及T型组合梁桥的型组合梁桥的Kl值如下图所示。当斜攻角超过值如下图所示。当斜攻角超过5或其他特殊桥梁形式，或其他特
32、殊桥梁形式，Kl值应由风值应由风洞试验确定。洞试验确定。桥梁风荷载-桥梁风振 对于大跨度桥梁结构，除了考虑风的静力作用外，对于大跨度桥梁结构，除了考虑风的静力作用外，还必须考虑结构风致振动、桥梁结构作为空间结构，还必须考虑结构风致振动、桥梁结构作为空间结构，振动现象十分复杂，桥梁结构的动力反应是由多种因振动现象十分复杂，桥梁结构的动力反应是由多种因素共同作用的结果。素共同作用的结果。 桥梁风致作用大致可分为两大类：桥梁风致作用大致可分为两大类：一类是当风速达到某一临界值，桥梁振幅不断增一类是当风速达到某一临界值，桥梁振幅不断增大，振动不断加剧，结构产生自激发散振动，包括大，振动不断加剧，结构产
33、生自激发散振动，包括桥梁的颤振和驰振。桥梁的颤振和驰振。另一类是限幅振动，不具备自激和发散的性质，另一类是限幅振动，不具备自激和发散的性质，所引起的结构振动幅值有限，能在低风速下发生，所引起的结构振动幅值有限，能在低风速下发生，包括涡激共振和抖振。包括涡激共振和抖振。桥梁风荷载-桥梁风振 自激振动是指桥梁在风力作用下，与流动的气流相自激振动是指桥梁在风力作用下，与流动的气流相互激励而形成的振动，振动结构可以不断从气流中获得互激励而形成的振动，振动结构可以不断从气流中获得能量，以抵消结构本身阻尼对振动的衰减作用，从而导能量，以抵消结构本身阻尼对振动的衰减作用，从而导致振幅不断加大，严重者将导致桥
34、梁风毁。致振幅不断加大，严重者将导致桥梁风毁。 当风横向吹过桥梁，桥面板端口部位置于风口上，当风横向吹过桥梁，桥面板端口部位置于风口上，桥面板会产生上下运动和扭转运动，若竖向振动和扭转桥面板会产生上下运动和扭转运动，若竖向振动和扭转振动相耦合且致使扭转中心靠前时，引起结构的发散振振动相耦合且致使扭转中心靠前时，引起结构的发散振动称为颤振。动称为颤振。 桥梁在横向风作用下，在垂直于气流方向会产生大桥梁在横向风作用下，在垂直于气流方向会产生大振幅弯曲振动，称为驰振。驰振一旦发生便成为剧烈振振幅弯曲振动，称为驰振。驰振一旦发生便成为剧烈振动，实际上也是一种空气动力失稳现象。动，实际上也是一种空气动力
35、失稳现象。桥梁风荷载-桥梁风振 涡激振动是由于气流绕过物体时，物体尾部中产生交涡激振动是由于气流绕过物体时，物体尾部中产生交替脱落的漩涡，从而出现周期性的涡激力。涡激振动虽替脱落的漩涡，从而出现周期性的涡激力。涡激振动虽然也带有自激性质，但它和颤振和驰振的发散性振动不然也带有自激性质，但它和颤振和驰振的发散性振动不同，其振动响应是一种限幅振动。同，其振动响应是一种限幅振动。 当一个结构物处于另一个结构物的涡列之中，大气当一个结构物处于另一个结构物的涡列之中，大气紊流成分会激发出不规则的强迫振动，称为抖振。抖振紊流成分会激发出不规则的强迫振动，称为抖振。抖振发生是的风速低，频度大，会对杆件接头、
36、支座连接造发生是的风速低，频度大，会对杆件接头、支座连接造成疲劳破坏，过大的抖振还会引起桥上人员不适，影响成疲劳破坏，过大的抖振还会引起桥上人员不适，影响正常使用正常使用。桥梁风荷载-风洞试验风工程研究方法风工程研究方法（1）现场测试-一种重要的验证手段（2）风洞试验-最重要的研究方法（3）理论计算-试验和实测的重要补充直观、真实人力、物力、时间测试条件难易控制和改变直观性强，节约人力、物力和时间试验条件较易控制和改变近似模拟，无法实现完全相似解析计算：对象位钝体，完全解析分析比较一般的数值计算：基于试验参数和实测资料CFD计算：紊流理论还不完善比较分析、参数分析桥梁风荷载-风洞试验1889年
37、年, 法国人法国人G. Eiffel 在他所建的在他所建的324mm高的高的Eiffel铁塔上进行了铁塔上进行了风的观测和塔顶位移、运动的测量风的观测和塔顶位移、运动的测量1919世纪后期航空风洞问世世纪后期航空风洞问世1894年年, 丹麦人丹麦人J.O.V. Irminger在风洞中测量了建筑物表面风压可在风洞中测量了建筑物表面风压可能有记录的最早建筑结构风洞试验能有记录的最早建筑结构风洞试验1940年发生旧塔科马大桥风毁事故后，开始逐步研究并认识风对结构的年发生旧塔科马大桥风毁事故后，开始逐步研究并认识风对结构的动力作用动力作用1950年，美国华盛顿州立大学的法库哈森教授进行了有史以来第一
38、个全年，美国华盛顿州立大学的法库哈森教授进行了有史以来第一个全桥气弹模型风洞试验，并成功地重现了塔科玛海峡大桥的颤振风毁现象桥气弹模型风洞试验，并成功地重现了塔科玛海峡大桥的颤振风毁现象1965年，年，A.G. Davenport在加拿大西安大略大学建成了世界上第一个在加拿大西安大略大学建成了世界上第一个大气边界层风洞大气边界层风洞桥梁风荷载-风洞试验20世纪世纪70年代初开始在实际高层建筑物上进行风压观年代初开始在实际高层建筑物上进行风压观测测20世纪世纪70年代末，桥梁节段模型风洞试验年代末，桥梁节段模型风洞试验20世纪世纪80年代中，开始建造大气边界层风洞年代中，开始建造大气边界层风洞1
39、990年起同济大学又陆续建成了大、中、小三座不同年起同济大学又陆续建成了大、中、小三座不同尺寸和用途的大气边界层风洞（共四个）尺寸和用途的大气边界层风洞（共四个）桥梁风荷载-风洞试验风洞试验主要类别研究对象研究对象：低矮建筑，桥梁，大跨度建筑结构，海洋工程结构高，耸建（构）筑研究内容研究内容：静力作用，风致振动，风振控制模型模型：刚体模型，气弹模型节段模型，整体（全）模型，局部模型模型支撑方式模型支撑方式：静力支撑：刚体固定、天平支撑 动力支撑：弹簧悬挂、强迫振动桥梁风荷载-风洞试验风洞试验主要用途测力测力 测压测压 气动参数测试气动参数测试 风致振动测试风致振动测试 绕流形态观测绕流形态观测
40、 风特性和风环境测试风特性和风环境测试 通风排气性能测试通风排气性能测试桥梁风荷载-风洞试验桥梁风荷载-风洞试验风洞是指一个按一定要求设计的、具有动力装置的、用于各种气动力试验的可控气流管道系统风洞的基本类型从流动方式来看从流动方式来看闭口回流式风洞开口直流式风洞从风洞试验段的构造来看从风洞试验段的构造来看封闭式风洞敞开式风洞从风洞的功能来看从风洞的功能来看航空风洞建筑风洞汽车风洞环境风洞相对于航空风洞来说，用于相对于航空风洞来说，用于土木工程结构的风洞一般都土木工程结构的风洞一般都是风速较低的低速风洞，并是风速较低的低速风洞，并且通常采用封闭式试验段且通常采用封闭式试验段为了能在风洞中合理模
41、拟大为了能在风洞中合理模拟大气边界层风场，用于土木工气边界层风场，用于土木工程结构的风洞一般拥有较长程结构的风洞一般拥有较长的试验段，因此，常被称为的试验段，因此，常被称为边界层风洞边界层风洞 桥梁风荷载-风洞试验桥梁风荷载-风洞试验TJ1风洞主要功能风洞主要功能 距试验段入口距试验段入口3.6m处设有外支架装置处设有外支架装置1套，可进行不同风攻角下的弹套，可进行不同风攻角下的弹簧悬挂二元刚体节段模型颤振、涡振等测振试验、气动导数识别试验、减簧悬挂二元刚体节段模型颤振、涡振等测振试验、气动导数识别试验、减振措施研究振措施研究 距试验段入口距试验段入口10.5m处设有直径处设有直径0.6m的自动控制转盘一个，可进行的自动控制转盘一个，可进行不同风向角下的单体建筑物模型测压、测力、测振试验，和桥梁节段模型不同风向角下的单体建筑物模型测压、测力、测振试验，和桥梁节段模型测力试验。测力试验。桥梁风荷载-桥梁风振1、基本风压是如何定义的？影响风压的主要因素有哪些？、基本风压是如何定义的？影响风压的主要因素有哪些？2、什么是风载体型系数？它是如何确定的？、什么是风载体型系数？它是如何确定的？3、试述波浪传播特征及推进过程。、试述波浪传播特征及推进过程。
