大跨度桥梁颤振研究现状

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大跨度桥梁颤振研究现状

作者：汪晓松 李志超

来源：《建筑工程技术与设计》2015年第17期

摘要：对于大跨度桥梁颤振是必须要考虑的问题。为了避免这一失稳现象，国内外一些学者研究了一些理论及方法。其主要有以下三方面：第一方面是以计算流体力学（CFD）为基础，对桥梁颤振风场特性进行研究；第二个方面以二维颤振分析方法为手段，重点研究桥梁颤振机理、颤振形态、自由度参与程度以及各种断面的气动性能；第三方面以三维颤振分析为手段，重点研究颤振发生时的模态参与作用、气动耦合等因素的影响。 [关键词] 风场模拟；颤振导数识别；静风失稳 1 研究背景

桥梁跨度大幅度增长带来的主要问题是结构刚度急剧下降，导致风致振动对桥梁的安全性、舒适性以及耐久性影响更加显著。

桥梁是处于大气边界层中的结构物，在自然风的作用下将产生振动响应，甚至造成结构毁坏、疲劳或过大变形及内力等问题。1940年秋，美国华盛顿州建成才4个月的Tacoma Narrows悬索桥，在不到2Om/s的8级大风作用下发生强烈风致振动而破坏。Tacoma桥风毁事故震惊了桥梁工程界，成为现代桥梁抗风研究的起点[1]。

风的动力作用激发了桥梁风致振动，而振动起来的桥梁又反过来影响空气的流动，改变空气作用力，形成风与结构的相互作用机制。当空气力受结构振动的影响较小时，空气作用力作为一种强迫力，导致桥梁结构的有限振幅强迫振动，主要包括桥梁抖振和桥梁涡振；当空气力受结构振动的影响较大时，受振动结构反馈制约的空气作用力，主 要表现为一种自激力，可能导致桥梁结构的发散性自激振动，主要包括桥梁颜振和涡激共振。桥梁结构风荷载及其效应分类可以用图1来表示 [2]。 2 古典藕合颤振理论

1935年Theodorson基于势流理论与平板机翼气动力，率先得到了薄平板上的非定常气动力的解析表达式。1948年Bleich首次运用了这一公式来解决悬索桥析架加劲梁的颤振分析。不久，他发现根据此公式得到颤振临界风速远高于塔克马桥实际破坏风速。因此，他修正了Theodorson公式，采用了逐次逼近法建立了悬索桥颤振分析方法。1967年Thiele和Kl?ppel提出一种变系数的图解法，并绘制了诺漠图。1976年Vander Put在Kl?ppel和Thiele诺漠图方法的基础上忽略结构阻尼的影响，提出了平板祸合颤振临界风速的近似公式[3]。 3 分离流颜振理论