抗风抗震 - 图文

2020-05-06 10:47

一、风荷载类型

自然风的分量 结构状态 风荷载类型 平均风力 假定为固定状态 平均风 涡激力 斯托哈特数 描述风荷载的无结构响应类型及量纲参数 特征 三分力系数 静变形与静力失稳 介于强迫振动与自激振动之间 颤振、驰振(自激的可能发散的振动) 抖振限幅振动(强迫振动) 微振动 自激力 颤振导数 脉动风 假定结构固定 抖振力 气动导纳 二、风致振动的主要形态

颤振-可能发散的自激振动,可能造成如旧塔科马桥那样的灾难性后

果 。

抖振-强迫振动,幅度通常是有限的,不至于造成桥毁事故,但可能威胁行车或施工安全,减少疲劳寿命;抖振是由短周期的脉动风引起的强迫振动。

驰振-驰振是一种发散的横风向单自由度弯曲自激振动, 一般发生在具有棱角的方形或接近方形的矩形截面结构中。

涡激振动-气流经过桥梁后产生漩涡并脱落引起的,介于强迫振动与自激振动之间。

三、桥梁风工程的研究方法风振控制措施

主要有:理论分析、风洞实验、现场观测、 数值模拟

桥梁的风振控制主要可以分为:结构措施、气动措施、机械措施

结构措施:结构措施的主要目的是为了提高结构的刚度,增大结构的固有频率尤其是扭转频率, 以提高结构的抗风稳定性。

气流绕过桥梁截面时, 发生相互作用而产生空气作用力。截面气动外形的改变势

气动措施:必会影响到空气力。在大量试验的基础上, 人们总结出以下一些有效措施来改善截面的气动性能。

①采用透空的桁架型式桥面主梁。桁架梁的优点是桥面主梁可以达到比较高的抗扭刚度, 且透风性能好, 所以其颤振临界风速较高, 如日本的明石海峡大桥悬索桥就采用了这种型式的桥面主梁。

②提高加劲梁截面的扁平度。加劲梁宽高比愈大, 即扁度愈大, 则气动稳定性愈好。一般要求桥梁截面的扁度B/h > 7, 随着跨径的增大这一要求还要进一步提高。

③带悬臂的截面与钝头截面相比有较好的气动性能, 而且悬臂愈长, 稳定性愈好。

机械措施:当空气动力学措施达不到减振要求或不便采用时,可以考虑机械减振措施。主要是各种阻尼器。

四、地球大气层划分

我们居住的地球被一层厚达1000km 的大气所环绕着,这一环绕地球的大气层可分为对流层、平流层、中间层和热层。

五、近地风特性

(1)风速是脉动的,不是平稳的 (2)8分钟内的平均风速变化不大 (3)平均风速随高度增大 (4)脉动分量与平均风相比较小

在风的时程曲线中,瞬时风速包含两种成分:一种是长周期部分,其值常在10分钟以上;另一种是短周期部分,常只有几秒左右。 根据上述两种成分,我们将本质上是随机的自然风,分解成以平均速度表示的平均风和均值为零的脉动风,分别加以研究,即

V?U?v

???

平均风-在给定的时间间隔内,把风对建筑物的作用力的速度、方向以及其他

物理量都看成不随时间而改变的量,考虑到风的长周期大大的大于一般结构的自振周期,因而这部分风虽然其本质是动力的,但其作用与静力作用相近,因此可认为其作用性质相当于静力。

脉动风-由于风的不规则性引起的,它的强度是随时间按随机规律变化的。由

于它周期较短,因而应按动力来分析,其作用性质完全是动力的。

基本风速

基本风速-桥梁所在地区中的开阔平坦地面以上10m高度处100年重现期的10min平均年最大风速。 基本风速的几个要素:

1. 标准高度——10m

2. 标准地面粗糙度类别——B类 3. 平均风速时距——10min

4. 最大风速样本——年最大风速 5. 最大风速的重现期——100 年

按照指数率,离地面高度为Z处风速为:

ZU?U10()?10U:高度Z处的平均风速U10:离地10米高度处的平均风速

?:地面粗糙度指数(规范给出)

由于空气的粘性效应,与物体表面接触的空气贴附在物体表面上,它将减慢靠近物体表面的一层空气的运动,这一空气层就称为边界层。

与前述大气边界层中的平均风剖面类似,在边界层内,气流的速度从物体表面上等于零(即无滑动)增大到边界层外的气流速度。 雷诺数为:流体的惯性力和粘性力之比。

它是确定可能出现哪种类型流动特性或现象的指标

如果边界层内的流体微粒速度因惯性力减小到使靠近物体表面的气流倒流, 便出现了边界层分离。

粘性力起主要作用流动没有分离

惯性力的作用开始显露在尖角处发生分离形成两个对称、附着的大旋涡

在一条流线上,风速越小,压力越大;风速越大,压力越小。建筑物表面风速等于零的点风压最大,该点称为驻点。

结构的风致振动在很大程度上依赖于结构的外形、刚度(或柔度)、阻尼和质量特性 。

不同的外形将引起不同的风致动力荷载??

结构刚度越小,柔性越大,则其风致振动响应就越大?? 结构的阻尼越高,其风致振动的响应也就越小。

涡激共振是一种具有强迫和自激双重特性的自限幅风致振动现象,由气流绕经结构表面时所产生的以某一固定时间间隔有规律地脱落的旋涡所引起。 颤振是一种发散型的自激振动,也可理解为一种气动失稳现象,是最具破坏性的一种风致振动。

处于风场中的振动结构和气流之间存在着剧烈的相互作用-气弹效应,使结构和气流之间产生了能量交换当风速超过某个临界值(即临界风速)时,结构以振动方式从气流中吸取得能量将大于被结构阻尼所消耗的能量,从而使结构的振动处于负阻尼的发散状态而发生颤振。

颤振临界风速就是振动系统的总阻尼等于零时的风速。

横风向驰振是具有特殊横截面形状的细长结构物在定常风的作用下、由于横风向平移振动气动阻尼变负而产生的一种气动失稳现象。

尾流驰振在一个柱体后的尾流中,沿横风向(穿越尾流区方向)的流速、阻力和升力分布是不均匀的 ,由此造成处于尾流中的结构发生振动。


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